estudio de la influencia del gas de proyecciÓn en la
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ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DEL GAS DE PROYECCIÓN EN LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DE LOS RECUBRIMIENTOS PRODUCIDOS
POR MEDIO DE LA TÉCNICA DE ASPERSIÓN TÉRMICA POR ARCO ELÉCTRICO
PRESENTADO POR
JUAN SEBASTIAN MIER MONTERO
UNIVERSIDAD LIBRE
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ
2019
2
ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DEL GAS DE PROYECCIÓN EN LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DE LOS RECUBRIMIENTOS PRODUCIDOS
POR MEDIO DE LA TÉCNICA DE ASPERSIÓN TÉRMICA POR ARCO ELÉCTRICO
PRESENTADO POR
JUAN SEBASTIAN MIER MONTERO
DOCUMENTO PRESENTADO COMO REQUISITO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO
DIRECTOR
HÉCTOR FERNANDO ROJAS MOLANO
INGENIERO METALÚRGICO
UNIVERSIDAD LIBRE
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ
2019
3
Nota de Aceptación: _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________
_______________________________ Firma del Presidente del Jurado
_______________________________ Firma del Jurado
_______________________________ Firma del Jurado
Bogotá (3-04-2019)
4
Bogotá 3, mayo, 2019
Dedico este logro personal a:
A DIOS: Por darme la oportunidad de lograr cada una de las metas planteadas.
A MI MADRE, PADRE, HERMANO Y ABUELA: Alexandra Magaly, Armando
Leónidas, Armando Alexander y Carmen Nelly por todo el apoyo brindado a lo
largo de mi trayectoria, por cada palabra, consejo, por sus esfuerzos y por siempre
creer en mi ha pesar de las circunstancias, permitiéndome formar como
profesional y como persona.
A MI ABUELO: Manuel Romero, que desde el cielo me brindo todo su apoyo en
los momentos más difíciles.
5
AGRADECIMIENTOS
Al ingeniero Héctor Fernando Rojas, por toda su colaboración, asesoramiento,
tiempo, enseñanzas y dedicación para llegar al cumplimiento la investigación y
sobre todo la formación como un profesional integro.
Al ingeniero Carlos Sierra, representante legal de la empresa “Proymet” por su
asesoramiento y acompañamiento frente al manejo de la técnica de aspersión
térmica por arco eléctrico.
A la ingeniería Andrea Ortiz de “Sikaflex Colombia” por su asesoría y apoyo frente
a la implementación del esquema de protección a la corrosión en medios ácidos.
6
RESUMEN
Este estudio presenta la influencia que tiene el gas de proyección en la resistencia
a la corrosión del recubrimiento de acero al carbono TAFA 30T producido por la
empresa “Praxair” sobre un substrato de acero al carbono ASTM A36, el cual tuvo
una preparación superficial por medio de chorro de arena obteniendo un perfil de
anclaje de aproximadamente 47 micras. Haciendo referencia al diseño de
experimentos, se planteó un modelo ortogonal Taguchi con tres niveles y cuatro
factores considerando las variables principales de parametrización de la máquina
de termo aspersión por arco eléctrico como lo son la presión primaria, distancia de
aplicación, corriente y voltaje, teniendo en cuenta que se implementó como medio
de proyección aire y nitrógeno como gases de atomización, para poder de este
modo aislar en mayor medida el oxígeno presente en el ambiente y que es uno de
los causantes de la oxidación de las partículas al momento de la aplicación.
Para estudiar la influencia del gas de proyección, se realizaron ensayos de
inmersión en ácido sulfúrico con una concentración del 1 y 3% durante 120 horas,
prueba gravimétrica de pérdida de masa y caracterización morfológica mediante
microscopia óptica convencional (MOC), con el fin de determinar las cambios físicos
y morfológicos del recubrimiento. La preparación de las muestras para cada una de
las pruebas se hizo mediante el corte de secciones de aproximadamente 6mm2 y
tuvieron una preparación superficial mediante pulido con papel abrasivo.
Como resultado general se obtuvo que al realizar aplicaciones con nitrógeno se
mejoraron las propiedades del recubrimiento TAFA 30T, el cual obtuvo una
tendencia a la disminución de porosidades e inclusiones de oxido presentes en el
recubrimiento.
Palabras claves: gas de proyección, aspersión térmica por arco eléctrico,
corrosión, recubrimiento.
7
ABSTRACT
This study presents the influence that the projection gas has on the corrosion
resistance of the TAFA 30T carbon steel coating produced by the company "Praxair"
on a carbon steel substrate ASTM A36, which had a surface preparation by means
of sandblasting obtaining an anchor profile of approximately 47 microns. Referring
to the design of experiments, a Taguchi orthogonal model was proposed with three
levels and four factors considering the main parametrization variables of the thermal
arc spraying machine such as primary pressure, application distance, current and
voltage, taking in mind that air and nitrogen were used as spray medium to atomize
gases, in order to isolate the oxygen present in the environment to a greater extent
and that is one of the causes of the oxidation of the particles at the time of
application.
To study the influence of the projection gas, sulfuric acid immersion tests were
carried out with a concentration of 1 and 3% for 120 hours, gravimetric test of mass
loss and morphological characterization by conventional optical microscopy (MOC),
in order to determine the physical and morphological changes of the coating. The
preparation of the samples for each of the tests was done by cutting sections of
approximately 6mm2 and had a surface preparation by polishing with abrasive paper.
As a general result, it was obtained that when performing applications with nitrogen,
the properties of the TAFA 30T coating were improved, which obtained a tendency
to decrease porosities and oxide inclusions present in the coating.
Keywords: projection gas, thermal spray by electric arc, corrosion, coating.
8
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 13
1. OBJETIVOS .................................................................................................... 17
1.1. OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 17
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 17
2. MARCO REFERENCIAL ................................................................................. 18
2.1. MARCO HISTÓRICO................................................................................ 18
2.2. MARCO CONCEPTUAL ........................................................................... 19
2.3. MARCO TEÓRICO ................................................................................... 20
2.3.1. Corrosión ............................................................................................ 20
2.3.2. Aspersión térmica ............................................................................... 21
2.3.3. Tipos de aspersión térmica ................................................................ 22
2.3.4. Defectología típica de la aspersión térmica ........................................ 23
2.3.5. Parámetros que definen la morfología del recubrimiento ................... 25
2.3.6. Proceso para la formación de la Corrosión ........................................ 26
2.3.7. Técnicas de caracterización ............................................................... 28
2.4. ESTADO DEL ARTE................................................................................. 29
2.5. MARCO LEGAL Y NORMATIVO .............................................................. 33
3. DISEÑO Y DESARROLLO METODOLÓGICO ............................................... 34
3.1. DISEÑO DE EXPERIMENTOS ................................................................. 35
3.2. MATERIALES Y EQUIPO DE ASPERSIÓN TERMICA ............................ 37
3.2.1. Selección del material ........................................................................ 37
3.2.2. Recubrimiento utilizado en el estudio ................................................. 38
9
3.2.3. Diseño de las probetas ....................................................................... 40
3.3. DESARROLLO EXPERIMENTAL ............................................................. 40
3.3.1. Preparación de los materiales antes de la aplicación del recubrimiento
40
3.3.2. Inspección visual y medición de rugosidades .................................... 43
3.3.3. Proceso de corte de las muestras ...................................................... 44
3.3.4. Preparación para el ensayo de inmersión .......................................... 45
3.3.5. Aplicación recubrimiento epóxico ....................................................... 46
3.3.6. Preparación solución para la prueba de inmersión ............................ 47
3.3.7. Prueba de microscopia óptica convencional ...................................... 49
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ........................................................................ 50
4.1. EVALUACIÓN PARÁMETROS DE APLICACIÓN .................................... 50
4.2. INSPECCIÓN VISUAL DESPUÉS DE LA APLICACIÓN DE LOS
RECUBRIMIENTOS ........................................................................................... 51
4.3. PERFIL DE ANCLAJE .............................................................................. 52
4.4. RUGOSIDAD DEL RECUBRIMIENTO ..................................................... 53
4.5. ANÁLISIS MEDIANTE MICROSCOPIA ÓPTICA CONVENCIONAL ........ 56
4.6. RUGOSIDAD DEL RECUBRIMIENTO ANTES DE LA PRUEBA DE
INMERSIÓN ....................................................................................................... 60
4.7. REGISTRO FOTOGRÁFICO DESPUÉS DE LA PRUEBA DE INMERSIÓN
60
4.8. ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO ..................................................................... 64
4.9. CÁLCULO VELOCIDAD DE CORROSIÓN .............................................. 70
5. CONCLUSIONES ............................................................................................ 73
6. RECOMENDACIONES ................................................................................... 76
Bibliografía ............................................................................................................. 77
Anexos ................................................................................................................... 80
10
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Defectos típicos de un recubrimiento obtenido por proyección térmica .. 24
Figura 2. Diagrama del diseño metodológico para el presente estudio ................. 34
Figura 3. Curva característica para análisis de varianza de efectos fijos para 2
grados de libertad .................................................................................................. 37
Figura 4. Probeta después del proceso de mecanizado. ....................................... 40
Figura 5. (A) Proceso de limpieza mediante quema de superficie. (B) Aplicación
del recubrimiento Anti-Bond. .................................................................................. 42
Figura 6. (A) cilindro de 6m3 de nitrógeno. (B) Preparación de la jaula para el
suministro de nitrógeno .......................................................................................... 43
Figura 7. Proceso de toma de rugosidades. .......................................................... 44
Figura 8. Cortadora metalográfica Metacut 251 ..................................................... 45
Figura 9. Máquina de limpieza ultrasónica WiseClean .......................................... 46
Figura 10. Balanza analítica Voyager Pro. ............................................................. 48
Figura 11. Microscopio accu-scope. ...................................................................... 49
Figura 12. Rugosidad obtenida de las aplicaciones con nitrógeno y aire. ............. 54
Figura 13. Graficas de significancia para la rugosidad de muestras aplicadas con
aire y nitrógeno ...................................................................................................... 55
Figura 14. Comparación de pérdida de masa de las muestras en ácido sulfúrico al
1%. ......................................................................................................................... 65
Figura 15. Graficas de significancia para la pérdida de masa en H2SO4 al 1% de
muestras aplicadas con aire y nitrógeno ................................................................ 67
Figura 16. Comparación de pérdida de masa de las muestras en ácido sulfúrico al
3%. . ....................................................................................................................... 68
11
Figura 17. Graficas de significancia para la pérdida de masa en H2SO4 al 3% de
muestras aplicadas con aire y nitrógeno. ............................................................... 69
Figura 18. Comparación de la velocidad de corrosión en ácido sulfúrico al 1%. ... 71
Figura 19. Comparación de la velocidad de corrosión en ácido sulfúrico al 3%.. .. 72
12
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Valores de las variables de deposición del recubrimiento………..………35
Tabla 2.Desarrollo del diseño ortogonal Taguchi L9 (34-2)………………………….36
Tabla 3. Composición química del acero ASTM A36. ………………………………38
Tabla 4. Características y propiedades del recubrimiento TAFA 30T……………. 39
Tabla 5. Ficha técnica recubrimiento imprimante epóxico con endurecedor amina………………………………………………………………………………….…..47
Tabla 6. Resumen del registro fotográfico de la aplicación de los recubrimientos.52
Tabla 7. Muestras visualizadas a 50 X………………………………………………..59
Tabla 8. Muestras después de la inmersión en ácido sulfúrico al 1%................... 61
Tabla 9. Muestras después de la inmersión en ácido sulfúrico al 3%....................62
Tabla 10. Cálculo de potencias eléctricas…………………...………………………..63
Tabla 11. Cálculo de diferencia de potencias………………………...………………64
13
INTRODUCCIÓN
En la industria a nivel general se ha evidenciado la necesidad de hacer una
reducción en planes de mantenimiento por el alto costo que estos pueden llegar a
tener, ya que en muchos casos es necesario el reemplazo de piezas que por
factores ambientales y de operación han perdido su estabilidad dimensional y/o sus
propiedades mecánicas, debido a los fenómenos de la corrosión y el desgaste. Esta
situación tiene un gran impacto en aquellas compañías que realizan sus actividades
económicas en medios agresivos con los materiales, como lo son las próximas al
mar, esto se debe a que dichos elementos se encuentran en ambientes que
favorecen el proceso de oxidación y corrosión fácilmente junto con el desgaste
asociado por condiciones de funcionalidad tales como, fricción, alta temperatura y
humedad, que al entrar en contacto con el agua de mar cuyo contenido de sal es
muy alto, produce el deterioro de estos muy tempranamente. (Ibarra Granados,
2016), existiendo de este modo una falta de capacitación en ciertos sectores frente
al manejo de esquemas de protección contra la corrosión y por tal motivo en
Colombia las pérdidas por corrosión equivalen a unos 26.000 millones de pesos
anuales, mientras que según un estudio realizado por NACE International y el
Gobierno de los Estados Unidos de América, en ese país se alcanzan cifras
cercanas al 4 % del PIB, incluyendo costos directos e indirectos. (Agencia de
noticias UN, 10 octubre del 2017).
Debido a la gran importancia que ha llegado a tener la generación de esquemas de
protección contra la corrosión, se han realizado diversos estudios a nivel nacional
implementando diversas técnicas para la evaluación del impacto de la corrosión
sobre recubrimientos aplicados mediante la técnica de aspersión térmica por arco
eléctrico, en donde cabe resaltar el aporte de investigaciones realizadas por
(Godoy) con su documento de grado titulado “estudio de la resistencia a la corrosión
mediante cámara salina en recubrimientos 140MXC-530AS y 140MXC-560AS
14
aplicados por la técnica de aspersión térmica por arco eléctrico sobre sustrato a
base de hierro” en donde se evidencio que al implementar un modelo Taguchi L9
(34-2) y al realizar ensayos de evaluación gravimétrica en cámara salina con una
exposición de 200 horas, polarización potencio dinámica y microscopia electrónica
de barrido, observo que al hacer aplicaciones con unos parámetros de aplicación
de Presión primaria y secundaria de 4 bar, Voltaje de 34 V y amperaje de 160 A, en
el caso de 140MXC-530AS, el mejor comportamiento e obtuvo al realizar
aplicaciones con Presión primaria 4.6 bar, presión secundaria de 5 bar, Voltaje de
36 V y amperaje de 100 A. (Godoy, 2014).
En el caso de la investigación titulada “estudio del fenómeno de corrosión en la
mezcla de recubrimientos 140 MXC-530AS aspersados térmicamente por la técnica
de arco eléctrico sobre acero AISI SAE 4340” desarrollado por (Gonzales y
Sánchez). En donde se realizaron pruebas de pérdida de masa en cámara salina
durante 300 horas, polarización potencio dinámica TAFEL y espectroscopia de
rayos X. Se determinó que la probeta que presento las mejores condiciones de
protección contra la corrosión, fue la de la corrida número 2, donde se encontró por
medio de EDX que el alto porcentaje de cromo en la combinación género que el
material tuviese un proceso de reducción en una mayor parte de la superficie debido
a su estructura cristalina BCC y propiedades anticorrosivas, además se pudo
observar el cambio en la composición de los distintos aleantes C, Cr y el Fe en
función de los parámetros de aspersión y además que la rugosidad superficial de
los recubrimientos aspersados tienen un alto impacto en la formación de corrosión
debido a que se puede generar una acumulación de alto porcentaje de humedad, y
por ende la posterior degradación del recubrimiento. La muestra que presento una
menor velocidad de corrosión fue la número dos que presento un acabado
superficial mucho más fino. (Gonzales y Sánchez, 2017)
Mientras tanto, en el documento de grado titulado “Análisis de la resistencia a la
corrosión en los recubrimientos 140mxc-560as, depositados con la técnica de
15
proyección térmica por arco eléctrico mediante pruebas de inmersión y cámara de
niebla salina”. (Padilla y Guzmán) en donde se realizaron ensayos de pérdida de
masa en inmersión en ácido sulfúrico, clorhídrico y fluorhídrico, prueba gravimétrica
por cámara salina hasta 325 horas y pruebas para evaluar la condición morfológica
por estereoscopia y microscopia electrónica de barrido, en donde se concluyó que
el ácido sulfúrico causo la menor pérdida de masa del recubrimiento en las tres
concentraciones respecto a los ácidos clorhídrico y fluorhídrico debido a la reacción
con el oxígeno de la superficie y la formación de una capa de sulfato que a su vez
reduce el nivel de oxidación. (Padilla y Guzmán, 2017)
Hay que tener en cuenta que hoy en día los esquemas de protección frente a la
corrosión se basan principalmente en la utilización de recubrimientos especiales en
estado líquidos como es el caso de la pintura de alto rendimiento que permite evitar
la degradación del substrato, dejando a un lado la implementación de elementos de
protección orgánicos como es el caso de los recubrimientos producidos mediante
aspersión térmica. Por tal motivo existe poca evidencia científica en la que se
busque caracterizar y optimizar las técnicas de termo aspersión, motivo por el cual
se desconoce la influencia que tiene el medio de transporte o gas de proyección
sobre las propiedades de los recubrimientos producidos por esta técnica, en
especial en su resistencia a la corrosión.
Por lo tanto, debido a la gran diversificación de actividades productivas en las que
se puede desempeñar los materiales, cada día los materiales son altamente
exigidos y muchas veces están sometidos a situaciones para las cuales no fueron
diseñados como es el caso de la implementación de ácidos industriales para el
manejo de diversos procesos productivos que pueden ir desde la limpieza,
producción, transporte entre otros, situación que conlleva a acelerar el proceso de
corrosión en los elementos estructurales y mecánicos que en la mayoría de
industrias están fabricados en materiales de bajo contenido de carbono y que por
ende son susceptibles a la corrosión debido a su composición química.
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Al igual se ha generado la necesidad en la industria para disminuir los costos de
producción y de mantenimiento, se ha buscado paulatinamente la inserción de los
recubrimientos termoaspersados por arco eléctrico en los medios productivos, ya
que la aplicación de estos permite mejorar no solo la resistencia a la corrosión de la
pieza, sino también la resistencia al desgaste, aumentando de este modo la vida útil
de los componentes.
Igualmente se deben considerar las desventajas que genera el proceso de
aspersión térmica, es la alta cantidad de inclusiones de oxido en el recubrimiento y
que se ve incrementada al realizar aplicaciones de recubrimientos de aceros de bajo
contenido de carbono y por tal motivo autores como Newbery y colaboradores,
determinaron que al realizar aplicaciones usando aire como gas de proyección se
aumentaba la oxidación de las partículas del recubrimiento, situación que se
mitigaba cuando se disminuía la concentración de oxígeno.
Por tal motivo se desea continuar este enfoque de investigación para ratificar dicha
conclusión obtenida, pero evaluando el impacto que tiene el nitrógeno como gas de
proyección frente a la utilización de aire. La selección de este gas se debe al bajo
costo de este medio y a sus propiedades físicas y químicas que permiten una gran
estabilidad del mismo.
Por último, cabe recalcar que se desconoce el posible comportamiento que puede
llegar a tener el recubrimiento TAFA 30T de la empresa “Praxair” y a su vez como
será el comportamiento del mismo frente a la morfología que puede llegar a generar
y al desempeño frente a la resistencia a la corrosión con un agente químico ya que
no hay evidencia teórica hasta el momento de la realización de este tipo de pruebas
en el alambre a estudiar.
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1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
Estudiar la influencia del nitrógeno como gas de proyección en la resistencia a la
corrosión del recubrimiento TAFA 30T, producidos mediante la técnica de aspersión
térmica por arco eléctrico sobre el acero ASTM A36.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Evaluar las posibles combinaciones de los parámetros de proyección para la
producción de los recubrimientos.
• Caracterizar morfológicamente los recubrimientos TAFA 30T producidos por
medio del proceso de aspersión térmica por arco eléctrico mediante microscopia
óptica convencional.
• Establecer la pérdida de masa del recubrimiento proyectado por el proceso de
aspersión térmica por arco eléctrico mediante el ensayo de inmersión en ácido
sulfúrico, según Norma ASTM G31.
18
2. MARCO REFERENCIAL
2.1. MARCO HISTÓRICO
La historia de la aspersión térmica surge con la patente de un proceso que alimentó
cables de plomo y estaño en una antorcha de soldadura de oxiacetileno modificada.
Las antorchas posteriores se modificaron para aceptar materiales en polvo. Los
polvos se atraparon en el flujo de chorro en expansión caliente donde las partículas
se calentaron mientras se aceleraban hacia la superficie para impactar, extenderse
(si se fundían) y solidificar. Los resultados fueron recubrimientos que se formaron
incrementalmente a partir de gotitas impactantes. (ASM International, 2004) Dicho
proceso permitió para que en 1908 se lograran depositar materiales como el zinc y
el acero inoxidable entre otros metales.
La técnica de proyección térmica llegó a los Estados Unidos de América hacia 1920
a atender la emergente industria ferroviaria y naval, sin embargo, el arribo de la
técnica coincidió con la gran depresión, si bien durante este periodo se observó
estancamiento en los avances de la técnica la segunda guerra mundial promovió
rápidamente los desarrollos destinados a la guerra, fueron fortalecidas las técnicas
de llama y arco eléctrico debido a su simplicidad y economía. En este marco
industrial nació la “American Metallizing Contractors” hoy en día Asociación
internacional de Proyección térmica (International Thermal Spray Association ITSA)
fundada en 1948-. Hacia 1960 el método de detonación (D-GUN®) fue desarrollado
y patentado por Praxair Surface Technology, durante esa misma década la técnica
de plasma tradicional fue comercializada y posteriormente en 1973 fue adicionado
a la técnica de plasma en vacío creando el proceso conocido como Vacum Plasma
Spray (VPS),
19
2.2. MARCO CONCEPTUAL
Gas de proyección
Es el medio que permite transportar la partícula desde el momento en el que es
fundida o semi-fundida hasta llevarla a la colisión contra el material base o substrato,
que puede ser cualquier elemento o pieza a la que se le desea mejorar sus
propiedades. Hay que tener en cuenta que este gas no es el mismo para todas las
técnicas ya que en algunas situaciones es usado nitrógeno, propileno, oxigeno entre
otros, convirtiéndose en un elemento de vital importancia para la formación del
recubrimiento, ya que permite generar un medio protector para evitar que la
partícula se oxide antes de impactar y durante su solidificación en el material.
Resistencia a la corrosión
Es aquella característica que tienen los materiales para evitar la degradación de sí
mismo por la interacción con el medio en el que se encuentra, la cual es generada
por el vínculo químico entre un catado y un ánodo usando como medio un electrolito
para de esta manera permitir un intercambio de electrones que llevan a que el
material tienda a transformarse en su estado inicial.
Recubrimiento
Es la unión de varias partículas de un material sobre la superficie de un substrato,
para poder de esta manera proteger y mejorar características de la pieza en la que
se adhirió debido a que por las condiciones en las que opera sufre una degradación
por corrosión, abrasión, dureza de los elementos con los que trabaja entre otros
aspectos.
Proyección térmica por arco eléctrico
La proyección térmica por arco eléctrico es un método que se ha usado
principalmente en el área de mantenimiento y que ha sido implementado para los
20
procesos de recuperación de los materiales en donde se genera un corto circuito
que funde dos alambres, los cuales pueden ser disimiles, y se generan partículas
de cada material, que son atomizadas mediante un gas de proyección hasta el
substrato que se desea recubrir.
2.3. MARCO TEÓRICO
2.3.1. Corrosión
Se puede definir como la destrucción o deterioro continuo a través del tiempo de un
material debido a una reacción química o electroquímica con el medio ambiente o
el micro ambiente donde se encuentra trabajando u operando el material en
cuestión. Igualmente podríamos definir la corrosión como el proceso mediante el
cual los materiales tienden a abandonar el estado de transformación a que el
hombre los sometió, para regresar a su estado natural primitivo. Este proceso es
acelerado por el oxígeno, el agua, los productos químicos o biológicos, la
temperatura y el cambio en la composición físico-química del material. (Casallas,
2005). Debido a esto se han identificado siete tipos de corrosión, las cuales son:
• Corrosión uniforme.
• Corrosión localizada.
• Corrosión por ataque selectivo.
• Corrosión por agrietamiento.
• Corrosión por erosión.
• Corrosión galvánica.
• Corrosión por altas temperaturas.
(Casallas, 2005)
21
2.3.2. Aspersión térmica
La aspersión térmica es uno de los procesos que permite la aplicación de
recubrimientos de diferente índole, variando desde los metálicos hasta materiales
cerámicos que dependiendo a la necesidad generada se pueden implementar para
recuperar dimensionalmente un elemento que por las condiciones de esfuerzos a
los que fue sometido fue perdiendo su forma, o para protegerlo y suministrarle
propiedades físicas y mecánicas que el material base no tiene.
Para el desarrollo de La proyección térmica se deben desarrollar tres etapas, siendo
Las dos primeras fundición y transporte, fundir el material a depositar se logra
mediante el aporte de calor con fuentes químicas o eléctricas, dependiendo de la
técnica específica el material es fundido al inicio del transporte o durante el mismo.
La tercera y última etapa se lleva a cabo cuando las partículas esféricas fundidas o
semi fundidas arriban al substrato, el choque con la superficie las deforma y
convierte en estructuras de geometría lenticular también conocida como “splat”, que
se enfría rápidamente sobre el substrato o sobre splats previamente depositados.
(Lopez, 2012)
Logrando de esta manera la obtención de una serie de ventajas que son generadas
debido a las altas temperaturas con las que esta técnica opera, es posible la
fundición de cualquier material para así poder atomizarlo a un substrato, logrando
la unión de materiales disimiles metalúrgicamente, mejorando de esta manera
propiedades tanto físicas como mecánicas, características que se ven fuertemente
influenciadas por el perfil de anclaje de la pieza, ya que por la adquisición de energía
cinética de la partícula al ser atomizada del equipo, esta impacta violentamente el
substrato uniéndose a este con gran fuerza, lo cual mejora la adherencia al
compararse con la aplicación de pinturas que por su modo de aplicación no se
adhieren fuertemente al substrato disminuyendo su vida útil al momento de someter
el componente de nuevo a sus condiciones de operación.
22
2.3.3. Tipos de aspersión térmica
A lo largo de los últimos años se han ido generando diversas técnicas de aspersión
térmica, las cuales varían desde el método de suministro del recubrimiento el cual
puede ser en polvo o alambre, hasta el medio implementado para llevar la partícula
hasta el substrato, de este modo una de las técnicas más usadas son: La aspersión
térmica por llama, que es aquella técnica en la cual se utiliza una serie de gases
para generar una combustión y producir una llama para poder así fundir el material
que se va a utilizar como recubrimiento. Estando ya las partículas fundidas, se
permite el paso de aire para así poder atomizar las partículas sobre el substrato.
(Villar, 2012). La aspersión térmica HVOF o High Velocity Oxy-Fuel, el cual utiliza
una combinación de oxígeno con diversos gases combustibles incluido el hidrógeno,
propano, propileno de hidrógeno e incluso el queroseno. Gracias a la alta fuerza
cinética que se obtiene por la explosión súbita del gas, las micro partículas se
desplazan a velocidades superiores de mach 1 (340,3 m/s, 1.225,08 km/h –
velocidad del sonido), logrando temperaturas de 2300°C aproximadamente
(4172°F). Utiliza materiales ferrosos, compuestos cerámicos y polímeros. (Villar,
2012). La Aspersión térmica por detonación, en donde se utiliza la energía de la
explosión de mezclas oxígeno-acetileno para calentar e impulsar los materiales en
polvo hacia la superficie del substrato a ser recubierto. (Saravanan y colaboradores,
2000). La Aspersión térmica por plasma se fundamenta en la generación de
plasma, mediante un gas inerte, típicamente argón o una mezcla de argón-
hidrógeno, el cual es sobrecalentado por un arco de corriente continua. La
alimentación de polvo se introduce a través de un gas portador inerte y se acelera
hacia la pieza de trabajo mediante el chorro de plasma y por último la aspersión
térmica por arco eléctrico, la cual es la técnica que se implementara en la presente
investigación.
23
2.3.3.1. Aspersión térmica por arco eléctrico:
La aspersión térmica de arco eléctrico se produce a partir de la reacción de dos
alambres a los que se les induce una carga eléctrica, por tal motivo al encontrarse
ambos en el extremo de la pistola, se forma un arco eléctrico que permite fundir
ambos materiales. El proceso es eficiente a nivel de energía porque toda la energía
de entrada se utiliza para fundir el metal. Las velocidades de pulverización son
impulsadas principalmente por la corriente de operación y varían en función del
punto de fusión y de la conductividad. Generalmente, los materiales tales como las
aleaciones de base de cobre y de hierro se pulverizan a 4,5 kg (10 lb) / 100 A / h.
Aerosoles de zinc a 11 kg (25 lb) / 100 A / h. Las temperaturas del substrato pueden
ser muy bajas, porque ningún chorro caliente de gas se dirige hacia el substrato. La
pulverización con arco eléctrico también puede llevarse a cabo utilizando gases
inertes o en una cámara de atmósfera controlada. (ASM International, 2004).
Las principales ventajas que tiene este proceso, es su bajo costo en insumos, ya
que no es necesario el uso de gases como el oxígeno, propano entre otros, para
generar la presión necesaria para atomizar el recubrimiento, sino que se puede usar
aire comprimido, pero esta situación conlleva a la generación de defectos como es
la alta concentración de poros en el recubrimiento.
2.3.4. Defectología típica de la aspersión térmica
A pesar de las enormes ventajas que nos ofrece el uso del método de termo
aspersión, durante el momento de aplicación se pueden generar una serie de
defectos ya sean inherentes a la proyección, o causados por la inadecuada
parametrización del equipo, las cuales se pueden observar a continuación:
24
Figura 1. Defectos típicos de un recubrimiento obtenido por proyección térmica.
Fuente: (Marulanda y colaboradores, 2014).
Partículas sin fundir: son todas aquellas partículas que al memento de interactuar
con el substrato se han solidificado con antelación debido a la pérdida acelerada de
calor en el viaje transcurrido desde su atomización hasta el substrato. Esta situación
se puede observar en mayor cantidad debido a la inadecuada parametrización del
equipo que se esté implementando para la aplicación del recubrimiento.
Óxidos e inclusiones: son producidas en una mayor cantidad en las técnicas de
aspersión térmica en las que no se genera una atmosfera protectora como medio
de proyección de las partículas ya que estas al salir de la pistola de aspersión en un
estado de fundición y al tener un contacto directo con el oxígeno, comienza a
iniciarse el proceso de oxidación de la partícula que afecta las propiedades
mecánicas del recubrimiento.
Vacíos: son generados principalmente por la pérdida de calor que produce el
enfriamiento del splat antes de impactar el substrato, lo cual evita que este se
deforme completamente y así no alcanza rellenar los espacios que dejan otras
partículas, situación que se incrementa cuando se solidifican en la trayectoria de
aspersión las partículas.
25
2.3.5. Parámetros que definen la morfología del recubrimiento
Los principales parámetros que definen la morfología del recubrimiento, están
basados en dos relaciones:
• Relación entre potencial, corriente y velocidad de alimentación:
Estos tres parámetros se relacionan directamente. El potencial entre electrodos
influirá significativamente en la separación de las puntas de los alambres necesaria
para que se produzca el arco eléctrico, a mayor separación el potencial necesario
para ionizar el aire circundante y establecer el arco es mayor. Por su parte la
influencia de la corriente está relacionada directamente con la cantidad de calor que
ingresa al sistema y que se aporta para la fusión de los alambres, así con aumento
de corriente, mayor es la cantidad de calor que ingresa al sistema, mayor es la
cantidad de material fundido y mayor debe ser la velocidad de alimentación. Ha sido
encontrado que si el voltaje es muy alto se producirán partículas muy grandes y
serán encontrados vacíos y partículas sin fundir en los recubrimientos producidos
(Pasandideh-Fard y colaboradores, 2002).
• Relación entre presión, caudal de aire y distancia de proyección:
Estos parámetros afectan directamente el tiempo que permanecen las partículas en
contacto con el medio permitiendo la reacción con el mismo. El resultado de esta
interacción son óxidos que separan los splats entre sí y por tanto se reduce la
adhesión y la cohesión del recubrimiento, por lo anterior es deseable que tanto el
valor de la presión como del caudal de aire comprimido sean maximizados, y que la
distancia de proyección sea minimizada, estos parámetros deben ser balanceados,
para que las gotas que arriban al recubrimiento se deformen unas sobre otras sin
26
lugar a desintegración en gotas más pequeñas (Pasandideh-Fard y colaboradores,
2002).
Hay que tener en cuenta que además de considerar las dos relaciones
anteriormente mencionados, se debe realizar una correcta preparación de la
superficie del substrato, ya que como la aspersión térmica por arco eléctrico genera
una unión mecánica, la rugosidad debe ser alta para permitir una mejor adhesión
del recubrimiento, debido a esto se pueden considerar las siguientes maneras de
preparación:
• Limpieza química y mecánica: Realizada con el fin de retirar residuos grasos,
óxidos o pinturas.
• Pulido Mecánico: Es llevado a cabo con el fin de homogeneizar la rugosidad
del substrato y llevarla a valores del orden promedio de 0,3 a 0,9 micrómetros
o Ra.
• Chorro abrasivo de partículas: Realizado generalmente con oxido de
aluminio u oxido de silicio, este proceso crea cavidades para de anclaje del
recubrimiento, e incrementa la rugosidad a 2 Ra de manera isotrópica.
• Calentamiento del substrato: Finalmente es recomendado precalentar la
superficie antes de realizar un depósito, con el fin de remover la humedad y
reducir la aparición de grietas debido a la reducción del gradiente de
temperatura (Lopez, 2012)
2.3.6. Proceso para la formación de la Corrosión
El proceso electroquímico de la corrosión se fundamenta en la interacción de tres
componentes, siendo estos el ánodo, el cátodo y una solución conductora. El
término ánodo se emplea para describir aquella porción de una superficie metálica
27
en la que tiene lugar la corrosión (disolución) y en la cual se liberan electrones como
consecuencia del paso del metal en forma de iones, al electrolito, siendo este último
el medio que permite el paso de la electricidad. Como los electrones, en un
conductor metálico, se mueven en sentido compuesto al convencional, en el ánodo
la corriente eléctrica sale del metal para entrar a la solución. El término cátodo se
aplica a la porción de una superficie metálica en la cual los electrones producidos
en el ánodo se combinan con determinados iones presentes en el electrolito.
(Godoy, 2014).
Debido a lo anteriormente mencionado, en las situaciones ambientales en las que
puede trabajar un componente, El electrolito lo constituirá la humedad que existe en
la atmósfera, la cual forma películas muy finas y casi imperceptibles sobre la
superficie metálica. Esta película de agua acumulará y concentrará ciertos
elementos e impurezas que están presentes en el aire, tales como el oxígeno,
bióxido de carbono, anhídrido sulfuroso, cloruros, etc., dando como resultado una
solución muy conductora y específicamente agresiva (Godoy, 2014).
2.3.6.1. Corrosión electroquímica
Una reacción electroquímica se define como una reacción química que implica la
transferencia de electrones. También es una reacción química que implica oxidación
y reducción. Desde el punto de vista la corrosión metálica es casi siempre un
proceso electroquímico, es importante entender la naturaleza básica reacciones
electroquímicas de los descubrimientos que evolucionaron gradualmente en la
ciencia moderna a la corrosión han, de hecho, jugó un papel importante en el
desarrollo de una multitud de tecnologías que están disfrutando hoy en día. (Padilla
y Guzman, 2017).
28
El término ánodo describe aquella porción de una superficie metálica en la que tiene
lugar el proceso de corrosión (disolución) y en el cual se liberan electrones como
efecto del paso del metal en forma de iones, al electrolito. Al igual que los electrones,
en un conductor metálico se mueven en sentido compuesto al convencional, en el
ánodo la corriente eléctrica sale del metal para entrar en la solución. El término
cátodo define la porción de una superficie metálica en la cual los electrones
producidos en el ánodo se fusionan con determinados iones presentes en el
electrolito. (Padilla y Guzman, 2017)
2.3.7. Técnicas de caracterización
2.3.7.1. Microscopia óptica convencional
El funcionamiento de esta técnica es por medio de un microscopio basado en lentes
ópticos. También se le conoce como microscopio de luz, o microscopio de campo
claro. El desarrollo de este aparato suele asociarse con los trabajos de Anton van
Leeuwenhoek. Los microscopios de Leeuwenhoek constaban de una única lente
pequeña y convexa, montada sobre una plancha, con un mecanismo para sujetar el
material que se iba a examinar (la muestra o espécimen). Este uso de una única
lente convexa se conoce como microscopio simple, en el que se incluye la lupa,
entre otros aparatos ópticos. (Ibarra, 2016).
2.3.7.2. Gravimetría
La técnica gravimétrica es uno de los métodos implementados para la evaluación
del impacto de la corrosión ya que permite determinar de manera cuantitativa el
grado de deterioro de los materiales metálicos, determinando la cantidad de material
que se transformaba y perdía por corrosión, midiendo las variaciones de peso, o
29
determinando la cantidad de material que pasaba a forma iónica en una solución
corrosiva (Meas Vong y colaboradores, 1991)
2.4. ESTADO DEL ARTE
(Newbery y Grant, 2006) En la publicación que lleva como nombre “Oxidation during
electric arc spray forming of Steel” en este estudio se usó el recubrimiento TAFA
38T aspersados usando nitrógeno y oxígeno para evaluar el impacto que el gas de
aspersión puede generar en el proceso de aspersión térmica. De esta manera se
creó una cámara donde se posicionaba la pieza y para hacer un control de las
variables se purgaba el oxígeno hasta llegar a condiciones estacionarias a niveles
de 0, 5, 10, 15 y 20% usando variables de aspersión de un voltaje de 30v, presión
de 280 KPa y una distancia de aplicación de 150mm. Se obtuvieron como resultados
que cuando se usaba aire como gas de atomización, se aumentaba la oxidación de
los splat y se aumenta la perdida de carbono, situación que se mitigaba cuando se
disminuía la concentración de oxígeno, produciendo una pulverización menos
caliente, menor perdida de carbono, una microestructura menos gruesa, aumento
de la dureza del depósito, una unión menos adherida y aumento en la tenacidad del
depósito. A su vez se observó que, si se aumenta la temperatura de deposición
durante la pulverización, la oxidación se puede producir en la superficie superior del
depósito.
(Lopez, 2012) En la tesis titulada “Resistencia a la corrosión y al desgaste de
recubrimientos de 140MXC- 530AS Y 140MXC-560AS sobre acero AISI-SAE 4340
usando la técnica de proyección térmica por arco” presenta un estudio enfocado a
observa la influencia que tienen las aplicaciones monocapa, monocapa disímil y
bicapaca frente a la resistencia a la corrosión y al desgaste de los componentes.
Estas fueron evaluadas mediante técnicas de desgaste con arena seca, rueda de
caucho y técnicas corrosivas de polarización potencio dinámica e Impedancia
30
electroquímica. Frente a la preparación superficial se realizó con chorro abrasivo de
óxido de aluminio. Y se usaron unos parámetros de aspersión de 413MPa para la
presión primaria, para la secundaria de 275MPa, 30 V y 175 A, con una distancia
de proyección de 10.12 cm. Se logró concluir que la mezcla de recubrimiento
aumenta considerablemente la resistencia a los fenómenos ya mencionados al
compararlos con la generación de recubrimientos de un solo tipo y además que las
propiedades frente a la resistencia de la corrosión se aumentaron al realizar una
bicapa, por la posible aislación de los defectos generados en la primera aplicación.
(Rojas y colaboradores, 2014) En la investigación realizada, titulada
“caracterización morfológica de los recubrimientos 140mxc-530as y 140mxc-560as
usando la técnica de proyección térmica por arco eléctrico” en el cual por medio de
las técnicas de microscopia óptica convencional, microscopia electrónica de barrido
y microscopía de fuerza atómica se determinó la influencia de la mezcla de los
parámetros de aspersión , haciendo una variación de la presión primaria, presión
secundaria, voltaje y corriente en modelo factorial fraccional ortogonal con nueve
experimentos de 4 parámetros y 3 niveles. Se obtuvieron como resultados que para
la mezcla 140mxc-530as con una presión primaria de 4.8 Bar se generó la rugosidad
más baja, con una corriente de 160 se generó la mejor condición de espesor y con
una presión de aire primaria de 3.4 se obtuvo la mejor micro dureza. Mientras tanto
para los recubrimientos 140mxc-560as con una corriente de 160ª se generó la
rugosidad más baja, con una presión de aire primario de 4. Bar se creó la mejor
condición de espesor y con una presión de aire secundario de 4.2 Bar se creó la
micro dureza más alta.
(Dimaté y colaboradores, 2010) En la investigación que tiene como nombre
“Recubrimientos producidos por proyección térmica por arco para aplicaciones en
la industria naval” para ese estudio se usó como material base un acero 316L con
una preparación superficial por disco abrasivo a la cual se le aplico un recubrimiento
para mejorar la adherencia a base de 95Ni 5Al para generar unas aplicaciones
usando como parámetros de aspersión: presión de aire primaria 50 psi, voltaje 29
31
V, corriente 220 A y distancia de proyección 200 mm. Para la caracterización se
implementaron ensayos como difracción de rayos x (DRX), microscopia óptico Leco
de lentes convexas, microscopia electrónica de barrido (MEB), ensayo de micro
dureza Knoop con una carga de 50 gr, prueba de desgaste con arena seca y una
rueda de caucho. En este se concluyó que el recubrimiento con mejor resistencia al
desgaste abrasivo, a la corrosión es el recubrimiento 140 MXC, seguido del 560 AS
y finalmente el recubrimiento 530 AS.
(Godoy, 2014) en su trabajo de grado titulado “Estudio de la resistencia a la
corrosión mediante cámara salina en recubrimientos 140MXC-560AS aplicados por
la técnica de aspersión térmica por arco eléctrico sobre substrato a base de hierro”
en donde por medio de la realización de 9 experimentos, variando la presión
primaria de 3-5 bar, presión secundaria de 4-5 bar, voltaje de 34-36 y amperaje de
60-160, haciendo uso de técnicas como ensayo en cámara salina, pruebas de
gravimetría, pruebas de microscopía electrónica de barrido (SEM) y pruebas de
polarización potencio dinámica. En donde se logró concluir que las condiciones de
Presión primaria y secundaria de 4 bar, Voltaje de 34 V y amperaje de 160 A, son
las condiciones con las que se puede obtener una resistencia a la corrosión mayor
en una mezcla de 140MXC-530AS. Mientras que el recubrimiento 140MXC-560AS
en las 9 pruebas realizadas obtuvo en cada una de ellas una mayor resistencia a la
corrosión que en la mezcla del 530AS. Además, se estableció que es por los poros
generados en el proceso por donde inicia el proceso de corrosión.
(Watanabe y colaboradores,2002) En “Correlations between electrode phenomena
and coating properties in wire arc spraying” se estudió la influencia que tiene el gas
de atomización en el proceso de aspersión térmica, en donde se usaron probetas
con una preparación superficial por chorro de arena, luego se limpió con un
desengrasante a base de acetona, para culminar con ultrasónica para terminar de
remover las impurezas presentes en la probeta. Se usaron parámetros de aspersión
de 276 kPa a 414 kPa, con corrientes de arco de 100 A - 200 A, con un voltaje de
34 V y una distancia de aplicación de 150 mm, usando para las condiciones
32
descritas aire y nitrógeno como gas de atomización. Se obtuvo como resultados que
el nitrógeno redujo considerablemente la oxidación de las partículas y el
sobrecalentamiento en las puntas de los electrodos, permitiendo obtener una mejor
calidad de aspersión y una disminución en los poros generados en el recubrimiento.
(Paredes y colaboradores, 2005) En “The effect of roughness and pre-heating of the
substrate on the morphology of aluminium coatings deposited by thermal spraying”
en el artículo se realizaron aplicaciones de los recubrimientos Metco MAL-12 y
Metco 54-N por tres técnicas, siendo estas por llama, arco eléctrico y alta velocidad
de oxicombustible, con diferentes rangos de rugosidad generada por chorro con
oxido de aluminio blanco a 100, 140 o 180 mm de distancia y a 100 psi de presión
durante un periodo de 60 -80 en probetas con y sin precalentamiento de 120°C,
para así determinar la adhesión mediante un ensayo de tracción. Se determinó de
este estudio que para el recubrimiento aplicado mediante la técnica de aspersión
térmica por llama solo se pueden alcanzar los valores esperados de adherencia si
el substrato es precalentado. Además de que para los procesos arco eléctrico y
HVOF, la reducción de la rugosidad provoca un aumento de la adhesión, incluso
para substratos no precalentadas.
(Planche y colaboradores, 2003) en la publicación “Relationships between in-flight
particle characteristics and coating microstructure with a twin wire arc spray process
and different working conditions” Se usaron para este estudio variables de
proyección el Voltaje, que se manejó de 20 a 40 V, con una corriente entre 50 y 350
A, con alambres de acero carbono de 0.8 C a una distancia de 200 y 300 mm para
así determinar la relación entre las partículas en vuelo y la microestructura del
recubrimiento. Obteniendo como resultados que se puede aumentar y volver la
partícula más pequeña si la tasa de flujo de aspersión es alta, manteniendo un
tamaño del splat constante en el transcurso del viaje desde la salida hasta el
impacto con el substrato si la temperatura y distancia de aplicación disminuye. Con
referente al oxido al haber un caudal mayor de gas de proyección las partículas se
oxidan en mayor medida, pero se puede conseguir una bajara porosidad por el
33
aplanamiento y una mejor adaptación de las partículas al chocar por el aumento de
la energía cinética.
2.5. MARCO LEGAL Y NORMATIVO
Normativa relacionada frente a la parametrización del substrato:
• SSPC-SP 10/NACE No 2, Near-White Blast Cleaning.
• NACE standard RP0287, Field Measurement of Surface Profile of Abrasive
Blast Cleaned Steel Surfaces Using Replica Tape.
Normativa relacionada frente a la parametrización del recubrimiento:
• ISO 12690:2010 Metallic and other inorganic coatings Thermal spray
coordination.
• AWS C2.23M/C2.23:2003, NACE No. 12, SSPC-CS 23.00, Specification for
the Application of Thermal Spray Coatings (Metallizing) of Aluminum, Zinc,
and Their Alloys and Composites for the Corrosion Protection of Steel.
• ANSI/AWS C2.18-93R, Guide for the Protection of Steel with Thermal
Sprayed Coatings of Aluminum and Zinc and their Alloys and Composites.
Normativa relacionada frente a la parametrización de la técnica termo
aspersión:
• MIL-STD-1687, Thermal Spray Process for Naval Ship Machinery
Applications.
• AS-2: “Arc Spraying Metal Alloys for Engineering Purposes”.
• AWS C2.21M/C2.21:2003, Specification for Thermal Spray Equipment
Acceptance Inspection.
• AWS, Thermal Spraying Manual.
• AWS, Thermal Spraying Practice, Theory, and Application.
34
3. DISEÑO Y DESARROLLO METODOLÓGICO
En la figura 2, se encuentra el diagrama de flujo del diseño metodológico del
presente estudio, donde se encuentran las 12 actividades más importantes para
obtener unos resultados confiables frente a cada uno de los objetivos propuestos.
Figura 2. Diagrama del diseño metodológico para el presente estudio. Fuente:
autor.
Contextualizacion y análisis de la
literatura frente al uso de la técnica
Evaluación de la mezcla de
parámetros a usar en cada proyección
Preparación de las probetas a usar
Aplicación de los recubrimientos por aspersión térmica
Corte y limpieza de las muestras
Inspección de la morfología de las
partículas mediante MOC
Aplicación recubrimiento
epóxico-amida en el material base
Toma de masas iniciales y limpieza de cada una de las
muestras
Realización del ensayo de inmersión
Limpieza y toma de masas finales de las
muestras
Recopilación de los datos obtenidos en
cada prueba
Evaluación y análisis de los
resultados obtenidos
35
3.1. DISEÑO DE EXPERIMENTOS
El diseño de experimentos planteado para el presente estudio se basa en un modelo
ortogonal Taguchi L9 (34-2), en donde se implementarán como variables de estudio
la presión primaria, distancia, voltaje y corriente, siendo estos los factores que
mayor impacto pueden tener en el recubrimiento. Los valores de cada uno de estos
son determinados teniendo en cuenta la ficha técnica suministrada por el fabricante
del recubrimiento y a su vez la experiencia del manejo de mismo por la empresa
Proymet Ltda.
NIVEL PRESIÓN
PRIMARIA (PSI)
DISTANCIA
(mm) VOLTAJE (V)
CORRIENTE
(A)
BAJO 30 100 28 120
MEDIO 60 150 30 150
ALTA 90 200 32 180
Tabla 4. Valores de las variables de deposición del recubrimiento. Fuente: autor.
Teniendo en cuenta la tabla 2, se desarrolla el diseño ortogonal Taguchi obteniendo
de este modo las 9 corridas que serán implementadas tanto para las proyecciones
usando nitrógeno, como en las de aire.
36
Tabla 5.Desarrollo del diseño ortogonal Taguchi L9 (34-2). Fuente: autor
Haciendo referencia al número de réplicas, se determinará mediante la figura 3,
donde se establece Curvas características de operación para el análisis de varianza
en modelos de efectos fijos para V1=2, en donde se puede obtener una confiabilidad
de los resultados superior al 95% al realizar tres repeticiones de las pruebas a
realizar.
ENSAYO PRESIÓN
PRIMARIA (PSI)
DISTANCIA
(mm)
VOLTAJE
(V)
CORRIENTE
(A)
1 30 100 28 120
2 30 150 30 150
3 30 200 32 180
4 60 100 30 180
5 60 150 32 120
6 60 200 28 150
7 90 100 32 150
8 90 150 28 180
9 90 200 30 120
37
Figura 3. Curva característica para análisis de varianza de efectos fijos para 2
grados de libertad. Fuente: (Montgomery, 2001)
3.2. MATERIALES Y EQUIPO DE ASPERSIÓN TERMICA
3.2.1. Selección del material
En primer lugar, se realiza la selección del material base que se va a implementar,
el cual fue un acero de bajo contenido de carbono ASTM A36 HR. La selección de
este material se realiza con el fin de implementar un estudio de la aplicación del
recubrimiento termoaspersado en un acero estructural ya que son los que mayor
aplicación a nivel industrial tienen, por sus propiedades mecánicas altas, buena
soldabilidad y un precio bajo. La composición química del material utilizado se
puede visualizar en la tabla 4.
38
COMPOSICIÓN QUÍMICA
ELEMENTO PORCENTAJE
C 0.18
Si 0.10
Mn 0.17
P 0.017
S 0.012
N 0.0021
Cr 0.37
Ni 0.01
Cu 0.01
Tabla 6. Composición química del acero ASTM A36. Fuente: Ferreoxy s.a.s.
3.2.2. Recubrimiento utilizado en el estudio
Para el presente estudio se va a trabajar con el recubrimiento TAFA 30T producido
por la empresa Praxair, el cual es implementado en la industria por su bajo costo y
por su alta resistencia al desgaste, propiedades que son generadas por su
composición, que se pueden observar en la tabla 5.
39
COMPOSICIÓN
Carbón 0,15/0,23
Fosforo Rastros
Azufre Rastros
Manganeso 1,02/1,5
Silicio 0,35 Max.
Hierro Balance
PROPIEDADES FÍSICAS DEL RECUBRIMIENTO
Tamaño del alambre 1/16" (1,6mm)
Eficiencia de deposito 81-83 %
Punto de Fusión 2192-2732 F (1200-1500 C) (aprox)
Fuerza de enlace 5700 psi (39,3 Mpa) superficie de rociado
Textura del recubrimiento Variable **(ver página siguiente)
Dureza 97-100 Rb (250 Brinell) 336 Knoop100
Densidad del recubrimiento 6,78 gm/cc
Peso del recubrimiento 0,035 lbs/ft2/mil
Encogimiento 0,006 in/in (cm/cm)
ASPERSIÓN (CÁMARA INERTE CON ARGON)
Tasa de aspersión 10 lbs/hr/100 amp (4,5 kg/hr/100 amps)
Cobertura (consumo del alambre) 0,9 oz/ft2/0,001" (1,10 Kg/m2/100 micras)
Patrón de aspersión (aproximadamente 8")
Boquilla de cruz/posicionador - 1" (2,5cm)
Altura vertical x 1-3/4" (4,4cm) ancho
Boquilla de ranura/posicionador - 2" (5cm)
Altura vertical x 1" (2,5cm) ancho
Longitud de alambre por lb 96ft (1/16")
Tabla 4. Características y propiedades del recubrimiento TAFA 30T. Fuente:
Catalogo Praxair Tafa 30t.
40
3.2.3. Diseño de las probetas
Se determinó que las probetas tendrán un tamaño de 6X1 in en donde se les realizó
un mecanizado en su zona central, para así crear una zanja de aproximadamente
500 micras en donde se depositó el recubrimiento. Esta geometría fue definida con
el fin de poder determinar el espesor de recubrimiento al ser aplicado y tener esta
medida como una consideración para los análisis que se van a practicar.
Figura 4. Probeta después del proceso de mecanizado. Fuente: autor.
3.3. DESARROLLO EXPERIMENTAL
3.3.1. Preparación de los materiales antes de la aplicación del
recubrimiento
Previamente a la aplicación de los recubrimientos, se realiza la preparación del
medio de anclaje mediante chorro de arena para generar la rugosidad adecuada
para una correcta adherencia del recubrimiento al substrato, la cual será verificada
mediante la toma de rugosidades del tipo Ra con el equipo Positector 6000 y de
41
este modo constatar que todas las muestras cuenten aproximadamente con el
mismo medio de anclaje.
Posteriormente se realizó una limpieza de la zona en la cual se va a aplicar el
recubrimiento, ya que a pesar de que exista un medio de anclaje que permita que
la partícula se adhiera al material base, se deben retirar los depósitos de grasas y
posibles contaminantes que puedan estar presentes y que dificulten la adherencia
del recubrimiento. Por tal motivo se usa como disolvente, el limpiador SKC-S que
contiene el kit spotcheck de líquidos penetrantes de la marca Magnaflux, el cual
cumple con su fecha de vencimiento vigente. Posteriormente se colocan las
probetas en el interior del horno por inducción, para calentarlas durante 10 minutos
a una temperatura de 100°C, así ratificar la eliminación de grasas e impurezas que
se encuentren en la superficie del material y que no se hayan removido con la
primera etapa de limpieza.
Para evitar que el material se adhiera en los sectores de la probeta donde no se
desea, se procede a la aplicación del recubrimiento Anti-Bond de Oerlikon Metco, el
cual es un polímero a base de grafito y carbón que está diseñado para soportar
temperaturas inferiores a los 315 ºC e impactos de las partículas del recubrimiento
producto de la termo aspersión, con la principal ventaja de que su aplicación se
puede realizar en superficies ya sean simples o complejas por su condición liquida.
42
(A) (B)
Figura 5. (A) Proceso de limpieza mediante quema de superficie. Fuente: autor.
(B) Aplicación del recubrimiento Anti-Bond. Fuente: autor.
Haciendo referencia a la preparación del suministro de nitrógeno, en primer lugar,
se considera la calidad del nitrógeno a implementar, ya que existe la posibilidad de
que el gas presente impurezas que puedan dar lugar a intervenir en los resultados
esperados, por tal motivo el suministro del gas lo realizo la empresa Praxair, que
cuenta con una pureza del 99.99%. Debido a que la máquina de termo aspersión
por arco eléctrico necesita un caudal de suministro de aproximadamente 35 CFM,
es necesario contar con un dispositivo que permita tener un flujo constante de
nitrógeno, el cual solo se consiguió si se interconectan los cilindros del gas, por tal
motivo se implementó una jaula de la marca Cramer Decker con un manifold con
capacidad de interconexión de hasta 12 cilindros.
43
(A) (B)
Figura 6. (A) cilindro de 6m3 de nitrógeno. Fuente: autor. (B) Preparación de la
jaula para el suministro de nitrógeno. Fuente: autor.
3.3.2. Inspección visual y medición de rugosidades
Posteriormente a la obtención de los recubrimientos, se proceden a evaluar las
muestras mediante inspección visual en donde se identifican los posibles
discontinduades presentes en la superficie del mismo. De este modo se continua
con la toma de rugosidades de tipo Ra a cada una de los ensayos obtenidos usando
el equipo Positector 6000. Se selecciona este tipo de rugosidad, debido a que por
las condiciones del recubrimiento de presentar gran cantidad de picos y valles, se
puede generar un promedio de las mediciones las cuales cuentan con una precisión
de ± 0.2 mil + 5%
44
Figura 7. Proceso de toma de rugosidades. Fuente: autor.
3.3.3. Proceso de corte de las muestras
El proceso de corte de cada una de las muestras se realizó por medio de la
cortadora metalográfica Metacut 251 de la empresa Metkon con una aplicación
constante de refrigerante para evitar el calentamiento de la probeta por el proceso
de corte y así afectar sus propiedades. Para el proceso de almacenamiento se
usarán bolsas de silica gel para evitar la acción de elementos húmedos en los
recubrimientos.
45
Figura 8. Cortadora metalográfica Metacut 251. Fuente: autor.
3.3.4. Preparación para el ensayo de inmersión
Debido a la rugosidad que se presenta por la aplicación de los recubrimientos es
alta, es necesario realizar una preparación previa a la exposición en inmersión ya
que la superficie al ser irregular, se pueden presentar puntos en los que exista una
concentración de ácido y así incrementar el efecto de la pérdida de masa en esa
zona. Por tal motivo se realizó un desgaste del recubrimiento mediante el uso de
papel abrasivo y de esta manera obtener una superficie lo más homogénea posible.
Para poder observar el estado final de la superficie, se realizará nuevamente la toma
de la rugosidad del recubrimiento para cada caso.
Teniendo en cuenta que en alguno de los procesos anteriores las muestras pudieron
acumular partículas de impurezas, grasas y otros contaminantes que se alojaran en
la superficie de las muestras y que de no ser removidas pueden incidir en los
resultados de la prueba de inmersión, se procede a realizar una limpieza ultrasónica
con el equipo WiseClean de la Universidad Libre. Teniendo en cuenta que se usó
46
como medio de vibración una solución de alcohol isopropílico para facilitar el
proceso de secado del agua.
Figura 9. Máquina de limpieza ultrasónica WiseClean. Fuente: autor.
3.3.5. Aplicación recubrimiento epóxico
Debido a que la prueba de inmersión se va a practicar sumergiendo en su totalidad
las piezas a estudiar, se realiza la aplicación del recubrimiento imprimante epóxico
con endurecedor amina de la marca Sikaflex en los sectores donde se encuentra el
material base expuesto, para evitar de este modo que se inicie una pérdida de masa
en el substrato y así influir en los resultados deseados. La selección de este
esquema de protección se debe a que su composición química permite evitar la
corrosión por inmersión en ácidos como se muestra en la tabla 6.
47
Densidad 5.68 +-0.2 kg/gal (ASTM D1475)
Viscosidad 73 +- unidades Krebs (a 25°C). (ASTM D562)
Resistencia química • Álcalis, ácidos y petróleo: Excelente
• Agua dulce / salada: Excelente
Resistencia térmica • Calor húmedo: Max. 90°C
• Calor seco: Max. 110°C
Proporción de la mezcla 4:1 en volumen
Espesor de capa 3.5 a 4.0 mils (88 a 102 micrones)
Temperatura ambiente Aplicación: Min. 11°C
Humedad relativa del aire Máxima 90%
Temperatura del substrato Min. 10°C y 3°C por encima de la temperatura de roció / Max.
65°C
Vida de la mezcla 8 horas a 25°C
Tiempo de espera /
repintabilidad
Repinte 12 a 18 horas. Se puede aplicar la siguiente capa en
un tiempo máximo de 30 a 45 días, previa limpieza con Sika
Ajustador Epóxico
Tiempo de secado Al tacto: 1 hora (a 25°C)
Tabla 5. Ficha técnica recubrimiento imprimante epóxico con endurecedor amina.
Fuente: Sikaflex.
3.3.6. Preparación solución para la prueba de inmersión
En primer lugar, se considera el medio acido que se va a implementar en la prueba,
el cual es el ácido sulfúrico. La selección de este acido fue debido a que es uno de
los elementos que más se implementan a nivel industrial en actividades como la
refinación del petróleo, procesos de limpieza de metales, tratamiento de aguas entre
otros y por ende aumenta la probabilidad de que el recubrimiento TAFA 30T se
encuentre en contacto con este elemento corrosivo. El reactivo con el que se va a
realizar la prueba de inmersión cuenta con una pureza del 97% y el cual se diluirá
con el agua destilada para obtener concentraciones del 1 y del 3%.
48
En segundo lugar, se considera el agua con la cual se va trabajar para la
preparación del reactivo, la cual debe cumplir con los parámetros y características
haciendo referencia a la conductividad eléctrica y resistividad eléctrica del agua tipo
IV según la norma ASTM D1193, sin considerar el apartado de sodio y cloruros, por
tal motivo se usará la maquina destiladora y desionizadora Elga Purelab Option.
Para el desarrollo de las pruebas gravimétricas se realizó la toma de masas de las
probetas cada 24 horas hasta finalizar la prueba, teniendo en cuenta que la prueba
de inmersión para poder determinar la pérdida de masa haciendo uso de la balanza
analítica Voyager Pro de la marca Ohaus con una precisión de 4 cifras significativas,
ubicada en el laboratorio de química de la universidad libre de Bogotá sede bosque
popular.
Figura 10. Balanza analítica Voyager Pro. Fuente: autor.
49
3.3.7. Prueba de microscopia óptica convencional
Para la caracterización morfológica del recubrimiento se realizará en primer lugar
un corte en la sección transversal del centro de las probetas para evitar posibles
alteraciones que puedan haberse generado en los extremos por el proceso ya sea
de aplicación o de corte de la sección de referencia. Posteriormente se procede a
embaquelitar las muestras para así facilitar el pulido a brillo espejo con papel
abrasivo en cada una de estas y así realizar la prueba de microscopia óptica
convencional.
Figura 11. Microscopio accu-scope. Fuente: autor.
50
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. EVALUACIÓN PARÁMETROS DE APLICACIÓN
Para evaluar la viabilidad de los parámetros de aplicación escogidos y evidenciados
en la tabla 2, se procede a realizar una prueba piloto realizando aplicaciones con
los niveles más bajos (30 PSI, 100mm, 28 V y 120 A) y los más alto (90 PSI, 200mm,
32V y 180 A) manejados en el diseño de experimentos, esto se debe a que son los
valores mínimos y máximos en los que se podría llegar a presentar algún tipo
inconveniente al realizar la aplicación de los recubrimientos por la estabilidad del
arco eléctrico. De este modo al observar que las aplicaciones no se vieron afectadas
y que se pueden obtener resultados con diferencias significativas, se procede a la
aplicación de los recubrimientos basados en la combinación de parámetros
establecidos en el apartado 3.1 del presente documento.
Figura 12. Prueba piloto con nitrógeno usando parámetros de aplicación de 90 PSI, 200mm, 32V y 180 A. Fuente: autor.
51
4.2. INSPECCIÓN VISUAL DESPUÉS DE LA APLICACIÓN DE LOS
RECUBRIMIENTOS
En la tabla 6, se encuentra el resumen del registro fotográfico de la aplicación de
los recubrimientos con su respectivo medio de aplicación. En donde mediante el
proceso de inspección visual a cada una de las muestras proyectadas, se identifica
que al implementar nitrógeno como gas de proyección se obtiene el mejor acabado
en ambos medios con el ensayo 7; pero al usar parámetros de proyección del
ensayo 8 con una Presión de 90 PSI, Distancia de 150 mm, Voltaje de 28 V y
corriente de 180 A se genera un recubrimiento con secciones del alambre que no
se fundieron en su totalidad y que se encuentran presentes en la superficie del
mismo. Mientras tanto, en el caso de las aplicaciones con aire, es en el ensayo 9 es
el que mejor condición superficial presenta y el ensayo 2 revela la peor condición
en este medio de proyección. Ver anexo A.
52
AIRE NITRÓGENO
NÚMERO DE ENSAYO
FOTO NÚMERO
DE ENSAYO FOTO
ENSAYO 9
Presión:90 PSI
Distancia:200 mm
Voltaje: 30 V Corriente:120
A
ENSAYO 7
Presión: 90 PSI
Distancia: 100 mm
Voltaje: 32 V Corriente:150
A
ENSAYO 2
Presión:30 PSI
Distancia:150 mm
Voltaje: 30 V Corriente:150
A
ENSAYO 8
Presión: 90 PSI
Distancia:150 mm
Voltaje: 28 C Corriente:180
A
Tabla 6. Resumen del registro fotográfico de la aplicación de los recubrimientos.
Fuente: autor.
4.3. PERFIL DE ANCLAJE
Haciendo referencia al perfil de anclaje del material base, este presento una
rugosidad media de 47 micras producto de la preparación por chorro de arena,
existiendo así una tendencia a una rugosidad alta y uniforme en las probetas que
serán destinadas para las proyecciones con nitrógeno y aire, logrando de este modo
afirmar que todos los substratos cuentan con un nivel adecuado en todas las
probetas para la proyección del recubrimiento y así poder obtener una buena
adherencia de las partículas al material base. Ver anexo B.
53
4.4. RUGOSIDAD DEL RECUBRIMIENTO
Después de realizar la aplicación del recubrimiento con los dos medios estudiados,
se inició la medición de la rugosidad de tipo Ra de cada una de las muestras para
evidenciar la influencia del medio de proyección en el acabado superficial del
recubrimiento. En la figura 13 se observa que las aplicaciones realizadas con
nitrógeno y dependiendo de la combinación de las variables de parametrización del
equipo, se consigue la rugosidad más baja con el ensayo número 7 y la más alta
con el experimento 8, comparadas con las muestras que tienen la misma mezcla de
variables pero que fueron aplicadas con aire. Esta situación se pudo haber generado
debido a que las proyecciones con nitrógeno son más inestables a bajos voltajes
(muestras 8 y 6), generando que el recubrimiento no se funda en su totalidad y se
atomicen secciones del alambre en vez de gotas del mismo. A su vez, cuando se
presentan voltajes altos se obtiene una rugosidad más baja como se observa en los
ensayos 7 y 5. Sin embargo se puede afirmar que al usar los parámetros de
deposición del recubrimiento del experimento 4, el medio de proyección no tiene
mayor impacto en la rugosidad obtenida de cada aplicación ya que su diferencia es
del 6%.
54
Figura 12. Rugosidad obtenida de las aplicaciones con nitrógeno y aire. Fuente:
autor.
En la figura 14, se establece el desarrollo del análisis del modelo ortogonal Taguchi
en donde se observa la influencia de cada una de las variables de proyección frente
a la rugosidad obtenida con su respectiva linealización. En el caso de la presión, se
observa que hay un comportamiento con tendencia a ser inverso entre ambos
medios de aplicación y en donde existe un mejor comportamiento en presiones
bajas con nitrógeno, obteniendo una mejora del 136.2 % comparándola con el
mismo ensayo, pero aplicado con aire.
Analizando las aplicaciones con aire, son las variables de la corriente, el voltaje y la
distancia las que no se ven en gran medida afectadas al realizar variaciones,
teniendo un impacto similar en la rugosidad del recubrimiento en los tres niveles
planteados y su comportamiento tiene una tendencia a ser lineal. Situación contraria
se observa al analizar las aplicaciones con nitrógeno, en donde este gas es más
sensible a las variaciones de los tres niveles pero que al momento de aplicar el
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0
100
200
300
400
500
600
700
163,7
778
151,1
852 2
51,4
444
235,3
333
115,0
000
100,2
593
127,5
556
561,7
778
119,4
815
135,9
630
387,2
222
150,6
296
80,2
222145,1
111
98,8
519
135,7
037
242,7
037
158,5
1851
63,7
77
Ru
go
sid
ad
(µ
m)
Numero de ensayo
Aplicaciones con nitrogeno
Aplicaciones con aire
55
recubrimiento con una distancia de 100 mm, un voltaje de 32 V, una corriente de
120 A se obtiene una mejora del 24.05%, 34.16% y del 27.56% respectivamente de
cada variable de aplicación contrastadas con las de aire.
De este modo, para la obtención de la rugosidad más baja teniendo en cuenta los
resultados del modelo que se encuentra en la figura 14, se debería usar una presión
de 90 PSI, distancia de 200 mm, voltaje de 28 V y una corriente de 120 A, usando
aire como gas de proyección. Mientras tanto en el caso de realizar aplicaciones con
nitrógeno, se recomienda una presión de 30 PSI, distancia de 100 mm, voltaje de
32 V y una corriente de 120 A para obtener la rugosidad más baja en este medio.
30 60 90
120
140
160
180
200
220
240
260
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
µm
)
PRESION (PSI)
AIRE
NITROGENO
Linear Fit of MEDIA DE MEDIAS
Linear Fit of MEDIA DE MEDIAS
100 150 200
120
140
160
180
200
220
240
260
280
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
µm
)
DISTANCIA (mm)
28 30 32
100
150
200
250
300
350
400
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
µm
)
VOLTAJE (V)
120 150 180
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
µm
)
CORRIENTE (A)
Figura 13. Graficas de significancia para la rugosidad de muestras aplicadas con
aire y nitrógeno. Fuente autor.
56
4.5. ANÁLISIS MEDIANTE MICROSCOPIA ÓPTICA CONVENCIONAL
En la tabla 7 se muestra la morfología del recubrimiento en su sección transversal
por microscopias a 50X de cada uno de los ensayos realizaos con su respectivo
medio de aplicación, en donde se evidencia el contraste frente a la unión entre
capas de los splats y que se ve mejorada al realizar aplicaciones con nitrógeno
como se observa en los ensayos 7 y 9. Esta situación se pudo haber generado
debido a que fueron proyectados con el máximo nivel de presión, lo que conlleva a
una mayor adquisición de energía cinética que hará que la partícula al impactar con
el material base sufra una mayor deformación y así poder completar los sectores
vacíos en los que no hubo unión de partículas proyectadas en una primera instancia.
Por el contrario, la aplicación realizada en el ensayo 6 con nitrógeno, es el que
mayor discontinuidad presenta en comparación con las muestras proyectadas con
aire. Este fenómeno se puede explicar debido a que fue aplicado con un bajo voltaje
y que al momento de fundirse la partícula este no alcanzo la temperatura necesaria
para abarcar en su totalidad al alambre si no solamente secciones del mismo, por
tal motivo se proyectaron no solamente partículas si no también partes del
recubrimiento que al impactar en el material base ya se encontraban solidificadas y
por ende no se adhirieron de manera adecuada al mismo.
Con respecto a la zona de adherencia del recubrimiento con el material base, se
evidenció una mejora en algunos ensayos realizados con nitrógeno, como se
muestra en el ensayo 7 y 8 con respecto a su símil proyectado con aire. Esto se
debe a que en la zona de unión de ambos materiales no se observa gran cantidad
de porosidades ni de inclusiones de oxido en esta sección y un cambio paulatino en
ambos materiales. En cambio, fue el experimento 3 aplicado con el mismo medio
ya mencionado, el que obtuvo el peor anclaje al material base y que probablemente
al generar una carga de menor cantidad harán que el recubrimiento se desprenda.
57
Esta situación pudo haberse generado debido a que la presión de aplicación fue la
mínima trabajada en el diseño y la partícula por tal motivo no adquirió la energía
cinética suficiente para impactar el material base y adherirse de una manera
adecuada a este. Pero hay que tener en cuenta que las aplicaciones realizadas con
aire son más estables en este aspecto y por tal motivo en la mayoría de los ensayos
se aprecia un mejor anclaje al material base que con nitrógeno.
AIRE NITROGENO
ENSAYO 1
Presión: 30 PSI Distancia:100 mm Voltaje: 28 V Corriente:120 A
ENSAYO 2
Presión: 30 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 30 V Corriente: 150 A
58
ENSAYO 3
Presión: 30 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 32 V Corriente: 180 A
ENSAYO 4
Presión: 60 PSI Distancia: 100 mm Voltaje: 30 V Corriente: 180 A
ENSAYO 5
Presión: 60 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 32 V Corriente: 120 A
ENSAYO 6
Presión: 60 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 28 V Corriente: 150 A
59
ENSAYO 7
Presión: 90 PSI Distancia: 100 mm Voltaje: 32 V Corriente: 150 A
ENSAYO 8
Presión: 90 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 28 V Corriente: 180 A
ENSAYO 9
Presión: 90 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 30 V Corriente: 120 A
Tabla 7. Muestras visualizadas a 50 X. Fuente: autor
60
4.6. RUGOSIDAD DEL RECUBRIMIENTO ANTES DE LA PRUEBA DE
INMERSIÓN
Haciendo referencia a la rugosidad del tipo Ra del recubrimiento antes de la prueba
de inmersión, se realizó un promedio de 9 mediciones por muestra, teniendo este
una media de 17 micras, lo cual indica una tendencia a una rugosidad baja y
uniforme después de haber generado un desgaste de la superficie con papel
abrasivo. De este modo se eliminaron los sectores no homogéneos del
recubrimiento y en donde se podía concentrar el ataque químico, haciendo que la
acción corrosiva tenga una tendencia a ser uniforme a lo largo de la superficie de
las muestras. Ver anexo C.
4.7. REGISTRO FOTOGRÁFICO DESPUÉS DE LA PRUEBA DE
INMERSIÓN
En la tabla 8, se observa el efecto provocado por la prueba de inmersión con una
concentración de ácido sulfúrico del 1%, en donde se evidencio mediante inspección
visual que las muestras 1 y 5 aplicadas con nitrógeno son las que menor grado de
formación de herrumbre presentaron en la superficie. Mientras tanto es el ensayo 7
proyectado con aire el que menor producto de corrosión generó en la superficie del
recubrimiento. Por consiguiente al relacionar las experimentos anteriormente
mencionados, se observó que la variable de mayor impacto frente a la formación de
este producto de corrosión es el voltaje, siendo las muestras 5 y 7 depositadas con
el máximo nivel a 32 V. Dicha situación se pudo haber generado porque al
suminístrale más energía al alambre, este se funde en una mayor proporción,
dándole la capacidad a la partícula de llegar semi fundida al substrato y así poder
acoplarse a las otras partículas con una mejor calidad, creando la menor cantidad
de discontinuidades en la superficie en las que el ataque químico pueda causar más
61
efecto. De este modo se puede observar que, al comparar los resultados obtenidos
mediante inspección visual de cada uno de los medios estudiados, la muestra 7
depositada con aire y sometida al ataque químico con ácido sulfúrico al 1% es la
que mayor resistencia tuvo frente a la formación de herrumbre. Ver anexo D.
AIRE NITRÓGENO
NÚMERO
DE ENSAYO FOTO
NÚMERO
DE ENSAYO FOTO
ENSAYO
7
Presion:90 PSI
Distancia:100 mm
Voltaje: 32 V Corriente:
150 A
ENSAYO
1
Presion: 30 PSI
Distancia:100 mm
Voltaje: 28 V Corriente:
120 A
ENSAYO
1
Presion: 90 PSI
Distancia: 200 mm
Voltaje: 30 V Corriente:
120 A
ENSAYO
4
Presion: 60 PSI
Distancia:100 mm
Voltaje: 30 V Corriente:
180 A
Tabla 8. Muestras después de la inmersión en ácido sulfúrico al 1%. Fuente: autor.
En la tabla 9, se observan los resultados del efecto causado por la prueba de
inmersión en ácido sulfúrico al 3%, en donde se evidencia que los ensayos
aplicados con nitrógeno son los que menor formación de herredumbre tuvieron a
comparación de las muestras proyectadas con aire, en donde se destacan las
pruebas 5, 6 y 7. En cambio la que mejor comportamiento tuvo referente a este
62
fenómeno en las aplicaciones realizadas con aire, fue el experimento 1. Ver anexo
E.
AIRE NITRÓGENO
NÚMERO
DE
ENSAYO
FOTO
NÚMERO
DE
ENSAYO
FOTO
ENSAYO
1
Presion: 90 PSI
Distancia: 100 mm
Voltaje: 32 V
Corriente: 150 A
ENSAYO
7
Presion: 30 PSI
Distancia: 100 mm
Voltaje: 28 V
Corriente: 120 A
ENSAYO 7
PP: 90 PSI Distancia: 200 mm
Voltaje: 30 V
Corriente: 120 A
ENSAYO 2
Presion: 60 PSI
Distancia: 100 mm
Voltaje: 30 V
Corriente: 180 A
Tabla 9. Muestras después de la inmersión en ácido sulfúrico al 3%. Fuente: autor
Por lo tanto, se puede recalcar que la variable que mayor impacto tiene frente a la
formación de herrumbre es el voltaje alto y de este modo es el ensayo realizado con
una presión primaria de 60 PSI, distancia de 150 mm, voltaje de 32 V y una corriente
63
de 120 A de la muestra 5 aplicada con nitrógeno, la que obtuvo un buen desempeño
al ser sometida a la prueba de inmersión en ácido sulfúrico del 1% y en del 3%. Pero
también se puede observar que las muestras 1 y 6 ha pesar de que fueron aplicadas
con un voltaje de 28 V obtuvieron un buen comportamiento frente a la formación de
este producto de corrosión, lo cual se pude explicar debido a la potencia eléctrica
de aplicación en cada una de las muestras, y en donde hay una tendencia a que la
diferencia entre las aplicaciones con 28 V y 32 V sea la misma como se observa en
la tabla 11, en las columnas I P1-P2 I y I P3-P1 I y por tal motivo existe la
probabilidad de que el comportamiento sea semejante.
ENSAYO VOLTAJE
(V)
CORRIENTE
(A)
POTENCIA
(W)
1 28 120 3360
2 30 150 4500
3 32 180 5760
4 30 180 5400
5 32 120 3840
6 28 150 4200
7 32 150 4800
8 28 180 5040
9 30 120 3600
Tabla 10. Cálculo de potencias eléctricas. Fuente: autor.
64
# V1
(V)
C1
(A)
P1
(W) #
V2
(V)
C2
(A)
P2
(W) #
V3
(V)
C3
(A)
P3
(W)
I
P1-
P2I
(W)
IP2-
P3I
IP3-
P1I
1 28 120 3360 9 30 120 3600 5 32 120 3840 240 520 240
6 28 150 4200 2 30 150 4500 7 32 150 4800 300 600 300
8 28 180 5040 4 30 180 5400 3 32 180 5760 360 720 360
Tabla 11. Cálculo de diferencia de potencias. Fuente: autor.
4.8. ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO
Debido a que el proceso de corrosión en los materiales lleva a una degradación de
los mismos por la acción de un proceso electroquímico en el que acontece un
intercambio de electrones entre el cátodo y el ánodo, podemos observar una pérdida
de masa en cada una de las muestras estudiadas, que se detalla en la media de las
tres tomas gravimétricas consideradas y que se encuentra en las figuras 15 y 17.
Teniendo en cuenta la información mostrada en dichas figuras, se observa que el
medio de proyección de la partícula influye directamente en la resistencia a la
corrosión del recubrimiento aplicado debido a que se presenta un notable aumento
en la resistencia a la corrosión al realizar aplicaciones con nitrógeno, en donde 7 de
los 9 ensayos planteados obtuvieron una disminución en la pérdida de masa al usar
nitrógeno y ser sometidos al ácido sulfúrico al 1% y 6 de las 9 corridas en el caso
del ácido sulfúrico con una concentración del 3% . Ver anexo F y G.
En la figura 15, se observan los resultados de la prueba realizada con una
concentración del 1% en donde cabe resaltar la disminución de pérdida de masa de
los ensayos 1,2,4,5,6, 8 y 9 depositados con nitrógeno comparados
respectivamente con las aplicaciones realizadas con aire. Hay que tener en cuenta
que la variable de aplicación que mayor impacto tuvo frente a la resistencia a la
corrosión a esta concentración es el amperaje, en donde fue el valor de 120 A, el
65
que mejores propiedades anticorrosivas le proporciono al recubrimiento y que está
presente en los ensayos 1, 5 y 9. Siendo el ensayo 1 el que mejor comportamiento
tuvo en la prueba de inmersión obteniendo una diferencia del 46,88% con respecto
a su símil en aire.
Haciendo referencia a las muestras proyectadas con aire, fue el ensayo 7 el que
mejor comportamiento tuvo frente a la corrosión, con una diferencia del 58,33% de
pérdida de masa con respecto a su símil en nitrógeno, en donde debido a que fue
depositada con el nivel máximo de presión, siendo esta de 90 PSI; pero de todos
modos no supera la pérdida de masa obtenida por la muestra 1 en nitrógeno
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0,0000
0,0005
0,0010
0,0015
0,0020
0,0025
0,0030
0,0035
0,0
0110
,0014
0,0
010
0,0
0150,0
019
0,0
012
0,0
023
0,0
020
0,0
028
0,0
016
0,0
016
0,0
017
0,0
027
0,0
022
0,0
015
0,0
023
0,0
010
0,0
019
Pe
rdid
a d
e m
as
a p
rom
ed
io e
n H
2S
04
al 1
% (
g)
Numero de ensayo
Aplicaciones con aire
Aplicaciones con nitrogeno
Figura 14. Comparación de pérdida de masa de las muestras en ácido sulfúrico al
1%. Fuente: autor.
66
En la figura 16, se observan las gráficas de significancia evaluando cada una de las
variables de proyección frente a la pérdida de masa en ácido sulfúrico al 1% con su
respectiva linealización. En esta se evidencia que, en las 4 variables de
parametrización del equipo, existe una disminución en la pérdida de masa al realizar
aplicaciones con nitrógeno a pesar de que existe una tendencia a ser similar el
comportamiento de las variables de la presión, la distancia y la corriente en ambos
medios. Existiendo de este modo una menor pérdida de masa al hacer las
aplicaciones con nitrógeno con una presión de 90 PSI, distancia de 150 mm, voltaje
de 28 V y corriente de 120 A, obteniendo mejoras del 3.52%, 24.47%, 30.81% Y
24.26% respectivamente en cada variable de parametrización, al ser comparadas
con las aplicaciones realizadas con aire.
Por lo tanto, para obtener la menor pérdida de masa usando nitrógeno como gas de
proyección, el modelo recomienda realizar aplicaciones con una presión primaria de
90 PSI, distancia de 150 mm, voltaje de 28 V y una corriente de 120 A. Mientras
tanto en el caso de realizar aplicaciones con aire, se sugiere una presión primaria
de 90 PSI, distancia de 150 mm, voltaje de 32 V y una corriente de 120 A para la
obtención de la mayor resistencia a la corrosión en este medio.
67
30 60 90
0,0014
0,0016
0,0018
0,0020
0,0022
0,0024M
ED
IA D
E M
ED
IAS
(g
)
PRESION (PSI)
AIRE
NITROGENO
Linear Fit of MEDIA DE MEDIAS
Linear Fit of MEDIA DE MEDIAS
100 150 200
0,00140
0,00145
0,00150
0,00155
0,00160
0,00165
0,00170
0,00175
0,00180
0,00185
0,00190
0,00195
0,00200
0,00205
0,00210
0,00215
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
g)
DISTANCIA (mm)
28 30 32
0,0010
0,0012
0,0014
0,0016
0,0018
0,0020
0,0022
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
g)
VOLTAJE (V)
120 150 180
0,0012
0,0013
0,0014
0,0015
0,0016
0,0017
0,0018
0,0019
0,0020
0,0021
0,0022
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
g)
CORRIENTE (A)
Figura 15. Graficas de significancia para la pérdida de masa en H2SO4 al 1% de
muestras aplicadas con aire y nitrógeno. Fuente autor.
En la figura 17, se observan los resultados obtenidos de la prueba realizada con
una concentración del 3%, en donde cabe resaltar la disminución de pérdida de
masa de los ensayos con nitrógeno 1,2,3,5,6 y 7 comparadas respectivamente con
las aplicaciones realizadas con aire, evidenciando que la variable que mayor
impacto tuvo fue la corriente con un valor de 150 A. Dicho valor está presente en
las corridas 2, 6 y 7, siendo la número 2 la que mejor desempeño obtuvo de las
muestras depositadas con nitrógeno y sometidas a la prueba de inmersión en ácido
sulfúrico al 3%, obteniendo una diferencia del 4.66% con respecto a la de aire.
68
Haciendo referencia a las muestras depositadas usando aire como medio de
proyección de la partícula, se observó que la muestra 8 aplicada con una presión
de 90 PSI, distancia de 150 mm, corriente de 180 A y voltaje de 28 V, fue la que
mejor comportamiento tuvo en la prueba de inmersión en ácido sulfúrico al 3%
obteniendo una pérdida de 182,94% con respecto a su símil en nitrógeno.
También se puede evidenciar que, al realizar una aplicación con una presión
primaria de 60 PSI, distancia de 150 mm, corriente de 120 A y voltaje de 32V, que
son los valores de la muestra 5, no se observa una influencia significativa en la
pérdida de masa tanto en la concentración del 1% como en la del 3% de ácido
sulfúrico.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,0
04
7
0,0
04
20,0
04
8
0,0
01
7
0,0
03
4
0,0
05
7
0,0
03
2
0,0
03
7
0,0
04
2
0,0
04
30,0
04
8
0,0
03
4
0,0
03
00,0
03
7
0,0
02
6
0,0
02
7
0,0
04
7
0,0
04
9
Pe
rdid
a d
e m
as
a p
rom
ed
io e
n H
2S
O4
al 3
% (
g)
Numero de ensayo
Aplicaciones con aire
Aplicaciones con nitrogeno
Figura 16. Comparación de pérdida de masa de las muestras en ácido sulfúrico al
3%. Fuente: autor.
69
En la figura 18, se observan las gráficas de significancia evaluando cada una de las
variables de proyección frente a la pérdida de masa en ácido sulfúrico al 3% con su
respectiva linealización. En este se evidencia que, en las 4 variables de
parametrización del equipo, existe una disminución en la pérdida de masa al realizar
aplicaciones con nitrógeno dependiendo de los valores de parametrización
implementados, en donde al hacer aplicaciones con una presión de 30 PSI,
distancia 200 mm, voltaje de 32 y una corriente de 150 A, se genera una diferencia
del 8.62%, 5.61%, 21.74% y 23.47% respectivamente con su símil aplicado en aire
30 60 90
0,0034
0,0036
0,0038
0,0040
0,0042
0,0044
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
g)
PRESION (PSI)
AIRE
NITROGENO
Linear Fit of MEDIA DE MEDIAS
Linear Fit of MEDIA DE MEDIAS
100 120 140 160 180 200
0,0028
0,0030
0,0032
0,0034
0,0036
0,0038
0,0040
0,0042
0,0044
0,0046
0,0048
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
g)
DISTANCIA (mm)
28 30 32
0,0024
0,0030
0,0036
0,0042
0,0048
0,0054
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
g)
VOLTAJE (V)
120 150 180
0,0028
0,0030
0,0032
0,0034
0,0036
0,0038
0,0040
0,0042
0,0044
0,0046
0,0048
ME
DIA
DE
ME
DIA
S (
g)
CORRIENTE (A)
Figura 17. Graficas de significancia para la pérdida de masa en H2SO4 al 3% de
muestras aplicadas con aire y nitrógeno. Fuente autor.
70
De este modo para obtener la menor pérdida de masa usando nitrógeno como gas
de proyección, el modelo recomienda realizar aplicaciones con una presión primaria
de 30 PSI, distancia de 200 mm, voltaje de 32 V y una corriente de 150 A. Mientras
tanto en el caso de realizar aplicaciones con aire, se sugiere una presión primaria
de 30 PSI, distancia de 150 mm, voltaje de 28 V y una corriente de 180 A para la
obtención de la mayor resistencia a la corrosión en este medio.
4.9. CÁLCULO VELOCIDAD DE CORROSIÓN
Para el cálculo de la velocidad de corrosión se basó en la ecuación 1 de la norma
ASTM G1 Standard Practice for preparing, cleaning, and evaluation corrosion test
specimens, implementando la constante K de 3.45X106 para obtener un valor de
velocidad de corrosión en mpy.
En la figura 19, se ratifica el impacto positivo que tiene el nitrógeno al disminuir la
velocidad de corrosión en las corridas 1,2,3,4,5,6, 8 y 9, recalcando que los ensayos
1 y 8 proyectados con nitrógeno son los que mayor resistencia a la corrosión
generaron en la prueba de inmersión en ácido sulfúrico al 1% al obtener una
velocidad de corrosión de 22,9629 y 23,3881 mpy respectivamente, comparándolas
con las probetas depositadas usando aire y que fueron aplicadas con las mismas
variables de aplicación. Mientras tanto es la muestra 7 la que mejor comportamiento
tuvo en las aplicaciones con aire con una velocidad de corrosión de 33,5987 mpy.
Existiendo de este modo una mejora del 32 % al usar nitrógeno como gas de
proyección al comparar las muestras que mejor comportamiento tuvieron en cada
uno de los medios de aplicación.
71
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
27
,40
4
23
,38
8
44
,13
451
,01
5
38
,23
5
40
,32
3
44
,72
7
31
,91
939
,87
3
22
,96
2
33
,95
0
35
,98
3
33
,59
8
77
,69
5
47
,59
6
64
,74
9
56
,34
1
55
,74
5
Ve
loc
ida
d d
e c
orr
os
ion
(m
py
)
Numero de ensayo
Aplicaciones con aire
Aplicaciones con nitrogeno
Figura 18. Comparación de la velocidad de corrosión en ácido sulfúrico al 1%.
Fuente: autor.
En la figura 20, se recalca el impacto positivo que tiene el nitrógeno al disminuir la
velocidad de corrosión en las corridas 1,2,3,5,6 y 7, pero de las cuales no llegan a
igualar la reacción positiva frente a la corrosión de la muestra 8 depositada con aire,
que fue la que obtuvo la menor pérdida de masa y por ende una menor velocidad
de corrosión con un valor de 40.6064 mpy en el ácido sulfúrico al 3%, superando de
este modo por 31% a la muestra 2 proyectada con nitrógeno, que fue la que menor
velocidad de corrosión tuvo en este medio.
72
Figura 19. Comparación de la velocidad de corrosión en ácido sulfúrico al 3%.
Fuente: autor.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
93
,38
1
10
2,5
23
40
,60
6
10
0,0
95
11
2,7
15
85
,18
8710
2,8
52
69
,73
0
11
0,4
76
15
3,0
22
10
4,7
80
82
,19
6
68
,73
3
96
,36
9
10
6,2
35
66
,77
7
53
,20
6
98
,14
0
Ve
loc
ida
d d
e c
orr
os
ion
(m
py
)
Numero de ensayo
Aplicaciones con aire
Aplicaciones con nitrogeno
73
5. CONCLUSIONES
Se determinó en el presente estudio que el medio de proyección de la partícula en
la técnica de aspersión térmica por arco eléctrica influye directamente en las
propiedades anticorrosivas del recubrimiento TAFA 30T, haciendo referencia a los
siguientes aspectos:
• Haciendo referencia a la rugosidad del recubrimiento, se observa que el
nitrógeno permite generar un acabado superficial más homogéneo
obteniendo hasta un 40% menos de rugosidad al realizar aplicaciones con
presión primaria de 30 PSI, distancia de 150 mm, voltaje de 30 V y una
corriente de 150 A de la corrida número 2, comparado con la probeta
depositada con aire usando las mismas condiciones ya mencionadas. Pero
también se puede generar un acabado superficial con una rugosidad alta
como es el caso de la corrida 8 con una diferencia de 340% con la muestra
proyectada con aire.
• Frente a la morfología de los recubrimientos se observa que al implementar
nitrógeno como medio de proyección, se obtiene una mejora morfológica de
las partículas pero que depende directamente de la combinación de los
parámetros de aplicación, debido a que si se efectúan pruebas con una
presión primaria de 90 PSI, distancia de 100 mm, voltaje de 32 V y una
corriente de 150 A del ensayo 7 o una presión primaria de 90 PSI, distancia
de 200 mm, voltaje de 30 V y una corriente de 120 A del experimento 9
aplicado con nitrógeno, se genera una mejor unión de las partículas y por
ende una disminución del tamaño y cantidad de poros e inclusiones de oxido
presentes en el recubrimiento. Por lo contrario, las aplicaciones realizadas
en las corridas 3 y 6 son las que mayores discontinuidades presentan en
comparación con las proyectadas con aire.
74
• Haciendo referencia a la zona de unión entre el recubrimiento y el substrato,
se evidenció que al hacer aplicaciones con nitrógeno y dependiendo a los
parámetros de aplicación implementados, se disminuye la presencia de
porosidades e inclusiones de oxido en este sector y por ende una unión
uniforme entre ambos materiales al usar los parámetros del ensayo 7 y 8.
• Al generar una atmósfera de protección con gas nitrógeno, se aumenta la
resistencia a la corrosión al ácido sulfúrico en una concentración del 1% en
7 de los 9 ensayos propuestos, teniendo en cuenta que la muestra aplicada
con una presión de 30 PSI, distancia de 100 mm , corriente de 120 A y voltaje
de 28 V del experimento 1 obtuvo el mejor comportamiento al ataque químico
con una mejora del 15% frente a la muestra 7 depositada con aire que fue la
que mejor desempeño obtuvo frente a este fenómeno en este medio. Así
mismo la velocidad de corrosión en esta prueba se ve influenciada por el
medio de aplicación, en donde se obtuvo una mejora del 31.66 % al usar
nitrógeno como gas de proyección al comparar las muestras que mejor
comportamiento tuvieron en cada uno de los medios de aplicación.
• Al generar una atmosfera de protección con gas nitrógeno, se aumenta la
resistencia a la corrosión al ácido sulfúrico en una concentración del 3% en
6 de las 9 ensayos propuestos, teniendo en cuenta que la muestra aplicada
con una presión de 30 PSI, distancia de 150 mm , corriente de 150 A y voltaje
30 V del experimento 2 obtuvo el mejor comportamiento al ataque químico
en nitrógeno, pero fue la muestra 8 aplicada con aire y una presión de 90
PSI, distancia de 150mm, corriente de 180 A y voltaje de 28 V, la que obtuvo
el mejor comportamiento en esta prueba con una diferencia del 56.14%
sobre el experimento 2. Así mismo la velocidad de corrosión en esta prueba
se ve influenciada por el medio de aplicación, en donde a pesar de generarse
75
una tendencia a disminuir la velocidad de corrosión en las muestras aplicadas
con nitrógeno de hasta el 46.28 % como se observa en la muestra 7, se
obtuvo una mejora del 158.04 % en la muestra 8 aplicada con aire.
• También se puede evidenciar que el medio de proyección no es significante
en la resistencia a la corrosión de la muestra 5 que fue depositada con una
presión primaria de 60 PSI, distancia de 150mm, corriente de 120 A y voltaje
de 32V tanto en la concentración del 1% como en la del 3% de ácido sulfúrico.
76
6. RECOMENDACIONES
Para tener la posibilidad de afirmar con mayor certeza la influencia del gas de
proyección se plantean las siguientes recomendaciones:
• Aplicar la metodología planteada en este documento a la proyección de otros
recubrimientos de aceros al carbono o aceros inoxidables usando nitrógeno
como medio de transporte
• Realizar pruebas de inmersión en ácidos y bases que sean industrialmente
usados como el ácido clorhídrico, fluorhídrico, soda caustica entre otros
• Realizar pruebas de corrosión potencio dinámica y pruebas de pérdida de
masa por niebla salina para determinar en mayor medida el impacto del
nitrógeno como gas de proyección.
• Generar estudios de resistencia a la corrosión utilizando una atmosfera
protegida con gases como el acetileno y argón para poder ampliar el
conocimiento del impacto que puede tener aislar de cierto modo la presencia
del oxígeno en las aplicaciones de aspersión térmica.
77
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80
Anexos
Anexo A. Estereoscopia después de la aplicación del recubrimiento a 8X
AIRE NITROGENO
ENSAYO 1
Presión: 30 PSI Distancia: 100 mm Voltaje: 28 V Corriente :120 A
ENSAYO 2
Presión: 30 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 30 V Corriente:150 A
ENSAYO 3
Presión: 30 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 32 V Corriente:180 A
81
ENSAYO 4
Presión: 60 PSI Distancia: 100 mm Voltaje: 30 V Corriente: 180 A
ENSAYO 5
Presión: 60 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 32 V Corriente: 120 A
ENSAYO 6
Presión: 60 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 28 V Corriente: 150 A
82
ENSAYO 7
Presión: 90 PSI Distancia: 100 mm Voltaje: 32 V Corriente: 150 A
ENSAYO 8
Presión: 90 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 28 V Corriente: 180 A
ENSAYO 9
Presión: 90 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 30 V Corriente: 120 A
83
Anexo B. Perfil de anclaje del material base antes de la aplicación
ENSAYO SECCION
DE LA PROBETA
PROBETA DESTINADA
A NITROGENO
(µm)
PROMEDIO DE
PROBETAS DESTINADAS
A NITROGENO
(µm)
PROBETA DESTINADA
A AIRE (µm)
PROMEDIO DE
PROBETAS DESTINADAS A AIRE (µm)
DIFERENCIA DE
PROMEDIOS
1
1 47,5556
43,0370
51,6667
48,7778 5,7407 2 48,8889 43,5556
3 32,6667 51,1111
2
1 48,0000
53,8889
45,8889
46,8519 7,0370 2 52,5556 47,5556
3 61,1111 47,1111
3
1 54,5556
50,1111
47,5556
43,9259 6,1852 2 47,3333 44,4444
3 48,4444 39,7778
4
1 50,7778
51,8519
42,8889
43,7037 8,1481 2 58,6667 50,0000
3 46,1111 38,2222
5
1 39,4444
41,7778
55,1111
48,3333 6,5556 2 44,6667 43,7778
3 41,2222 46,1111
6
1 42,1111
42,2593
41,5556
46,3333 4,0741 2 43,7778 42,4444
3 40,8889 55,0000
7
1 40,7778
42,0000
52,2222
49,5926 7,5926 2 45,8889 48,7778
3 39,3333 47,7778
8
1 58,7778
53,3704
45,8889
44,1481 9,2222 2 47,8889 45,8889
3 53,4444 40,6667
9
1 55,5556
52,6667
53,3333
46,5926 6,0741 2 50,8889 48,4444
3 51,5556 38,0000
84
Anexo C. Rugosidad del recubrimiento antes de la prueba de inmersión.
PROBETA PROBETA DIVISION
PROBETA NITROGENO
(µm)
PROMEDIO PROBETAS
NITROGENO (µm)
PROBETA AIRE (µm)
PROMEDIO PROBETAS AIRE (µm)
1
1 10,6667
16,7407
15,8889
17,7407 2 18,0000 17,7778
3 21,5556 19,5556
2
1 19,7778
18,5556
18,0000
17,8889 2 17,2222 15,5556
3 18,6667 20,1111
3
1 11,8889
15,6296
15,4444
16,6667 2 17,5556 18,4444
3 17,4444 16,1111
4
1 19,1111
18,0741
19,8889
19,7037 2 13,5556 22,4444
3 21,5556 16,7778
5
1 12,6667
15,8889
15,5556
16,9259 2 21,5556 18,2222
3 13,4444 17,0000
6
1 18,1111
18,2963
16,6667
15,7407 2 17,5556 13,0000
3 19,2222 17,5556
7
1 13,6667
14,1852
15,7778
16,0370 2 16,2222 21,0000
3 12,6667 11,3333
8
1 21,2222
19,7037
15,4444
15,5000 2 21,2222 15,5556
3 16,6667 0,0000
9
1 17,5556
18,4074
18,1111
17,1111 2 21,4444 19,6667
3 16,2222 13,5556
85
Anexo D. Registro fotográfico después de la prueba de inmersión ácido
sulfúrico al 1% a 8X.
NÚMERO DE
ENSAYO AIRE NITROGENO
ENSAYO 1
Presión: 30 PSI Distancia:100 mm Voltaje: 28 V Corriente:120 A
ENSAYO 2
Presión:30 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 30 V Corriente: 150 A
ENSAYO 3
Presión:30 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 32 V Corriente: 180 A
ENSAYO 4
Presión:60 PSI Distancia: 100 mm Voltaje: 30 V Corriente: 180 A
86
ENSAYO 5
Presión: 60 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 32 V Corriente: 120 A
ENSAYO 6
Presión: 60 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 28 V Corriente: 150 A
ENSAYO 7
Presión: 90 PSI Distancia: 100 mm Voltaje: 32 V Corriente: 150 A
ENSAYO 8
Presión: 90 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 28 V Corriente: 180 A
ENSAYO 9
Presión: 90 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 30 V Corriente: 120 A
87
Anexo E. Registro fotográfico después de la prueba de inmersión ácido
sulfúrico al 3% a 8X.
NÚMERO DE
ENSAYO AIRE NITROGENO
ENSAYO 1
Presión: 30 PSI Distancia: 100 mm Voltaje: 28 V Corriente: 120 A
ENSAYO 2
Presión: 30 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 30 V Corriente: 150 A
ENSAYO 3
Presión: 30 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 32 V Corriente: 180 A
ENSAYO 4
Presión: 60 PSI Distancia: 100 mm Voltaje: 30 V Corriente: 180 A
88
ENSAYO 5
Presión: 60 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 32 V Corriente: 120 A
ENSAYO 6
Presión: 60 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 28 V Corriente: 150 A
ENSAYO 7
Presión: 90 PSI Distancia: 100 mm Voltaje: 32 V Corriente: 150 A
ENSAYO 8
Presión: 90 PSI Distancia: 150 mm Voltaje: 28 V Corriente: 180 A
ENSAYO 9
Presión: 90 PSI Distancia: 200 mm Voltaje: 30 V Corriente: 120 A
89
Anexo F. Resultados prueba gravimétrica muestras de aire.
MUESTRA MEDIO ACIDO
SECCIÓN MASA INICIAL
(gr)
MASA A LAS 24 HORAS
MASA A LAS 48 HORAS
MASA A LAS 72 HORAS
MASA A LAS 96 HORAS
MASA A LAS 120 HORAS
PERDIDA DE
MASA
1
HCL 1%
1 6,4889 6,4815 6,4831 6,4863 6,4877 6,4812 0,008
2 6,3213 6,3196 6,3190 6,3169 6,3145 6,3083 0,013
3 6,1140 6,1121 6,1106 6,1069 6,1016 6,0986 0,015
HCL 3%
4 5,5032 5,4945 5,4876 5,4853 5,4682 5,4712 0,032
5 5,5980 5,5909 5,5906 5,5879 5,5865 5,5746 0,023
6 6,1268 6,1201 6,1162 6,1123 6,1085 6,0976 0,029
2
HCL 1%
1 6,2715 6,2690 6,2677 6,2654 6,2586 6,2574 0,014
2 5,9336 5,9292 5,9286 5,9263 5,9275 5,92785 0,006
3 6,5683 6,5483 6,5475 6,5459 6,5441 6,5425 0,026
HCL 3%
4 6,3415 6,336 6,3276 6,3227 6,3221 6,3219 0,020
5 7,6813 7,6859 7,6884 7,671 7,6709 7,6633 0,018
6 7,5640 7,5604 7,5531 7,5508 7,5487 7,5419 0,022
3
HCL 1%
1 8,2850 8,2822 8,2804 8,272 8,2715 8,2686 0,016
2 7,4903 7,4774 7,4773 7,4727 7,4793 7,4766 0,014
3 7,1733 7,1611 7,1606 7,1657 7,1584 7,1566 0,017
HCL 3%
4 7,8299 7,8266 7,8272 7,8242 7,8223 7,8156 0,014
5 7,2635 7,2613 7,2415 7,2338 7,2207 7,2204 0,043
6 7,7515 7,747 7,7362 7,7316 7,7281 7,7237 0,028
4
HCL 1%
1 6,0295 6,0285 6,0162 6,0152 6,0131 6,0109 0,019
2 4,7983 4,7972 4,7919 4,7901 4,7866 4,7845 0,014
3 6,0343 6,0318 6,0257 6,0242 6,0237 6,0214 0,013
HCL 3%
4 6,6298 6,6217 6,6226 6,6248 6,6124 6,6117 0,018
5 6,0650 6,0723 6,0666 6,0689 6,0428 6,0381 0,027
6 6,9875 6,9822 6,9797 6,9734 6,9681 6,9647 0,023
5
HCL 1%
1 8,2283 8,2210 8,2185 8,217 8,2149 8,2119 0,016
2 8,5775 8,5736 8,5692 8,5689 8,5673 8,5662 0,011
3 7,9308 7,9232 7,9208 7,9195 7,9186 7,9171 0,014
HCL 3%
4 7,3185 7,313 7,3085 7,3048 7,2965 7,2896 0,029
5 7,0573 7,0459 7,0406 7,0387 7,0221 7,0272 0,030
6 7,8794 7,8689 7,8626 7,8593 7,8546 7,8417 0,038
6 HCL 1%
1 8,1354 8,1335 8,1313 8,1283 8,1271 8,1147 0,021
2 7,1895 7,1811 7,1788 7,1736 7,1679 7,1654 0,024
3 7,6735 7,6711 7,6672 7,6609 7,655 7,6532 0,020
HCL 3% 4 7,8860 7,8844 7,8819 7,8781 7,8732 7,8602 0,026
90
5 6,5078 6,5096 6,4881 6,4847 6,4789 6,4788 0,029
6 7,6211 7,6187 7,6043 7,6001 7,5999 7,5934 0,028
7
HCL 1%
1 7,5392 7,5348 7,5335 7,5321 7,5304 7,5261 0,013
2 6,3327 6,3301 6,3293 6,3286 6,3273 6,3269 0,006
3 7,2847 7,2806 7,2798 7,279 7,2785 7,2778 0,007
HCL 3%
4 7,2335 7,2274 7,2152 7,2009 7,194 7,1898 0,044
5 7,4855 7,4712 7,4573 7,4516 7,4462 7,4434 0,042
6 7,0048 6,9926 6,9864 6,9797 6,9712 6,9668 0,038
8
HCL 1%
1 5,6495 5,6514 5,6523 5,6469 5,6448 5,6432 0,006
2 6,0991 6,0977 6,0929 6,0912 6,0897 6,0882 0,011
3 6,2565 6,2548 6,2504 6,2493 6,2478 6,2452 0,011
HCL 3%
4 5,8996 5,8992 5,8941 5,8976 5,893 5,8887 0,011
5 6,0469 6,0458 6,0423 6,0429 6,0402 6,0403 0,007
6 6,4337 6,433 6,4299 6,4264 6,4248 6,4198 0,014
9
HCL 1%
1 6,1214 6,1218 6,1226 6,1129 6,1194 6,1167 0,005
2 6,3565 6,3587 6,3583 6,3567 6,3456 6,3443 0,012
3 6,4835 6,4809 6,4801 6,4782 6,4746 6,4722 0,011
HCL 3%
4 6,0756 6,0770 6,0678 6,0615 6,0553 6,0517 0,024
5 6,2326 6,2247 6,2169 6,2104 6,2053 6,2051 0,027
6 6,1859 6,1803 6,1763 6,168 6,1611 6,1595 0,026
91
Anexo G. Resultados prueba gravimétrica muestras de nitrógeno
MUESTRA MEDIO ACIDO
SECCIÓN MASA
INICIAL (gr)
MASA A LAS 24 HORAS
MASA A LAS 48 HORAS
MASA A LAS 72 HORAS
MASA A LAS 96 HORAS
MASA A LAS 120 HORAS
PERDIDA DE MASA
1
HCL 1%
1 5,6805 5,6784 5,6770 5,6769 5,6749 5,6738 0,007
2 6,3396 6,3384 6,3327 6,3325 6,3319 6,3316 0,008
3 6,6672 6,6667 6,6660 6,6656 6,6649 6,6631 0,004
HCL 3%
4 5,9991 5,9988 5,9836 5,969 5,9681 5,9675 0,032
5 6,3414 6,3391 6,3229 6,318 6,3173 6,3165 0,025
6 5,1380 5,1361 5,1274 5,12 5,1132 5,1117 0,026
2
HCL 1%
1 5,3865 5,3821 5,3792 5,379 5,3786 5,3775 0,009
2 5,9836 5,9790 5,9836 5,982 5,9783 5,9755 0,008
3 5,2485 5,2449 5,2418 5,24 5,2411 5,2398 0,009
HCL 3%
4 5,6766 5,6742 5,6729 5,672 5,6687 5,6670 0,010
5 5,7159 5,7151 5,7167 5,704 5,7018 5,6977 0,018
6 5,1689 5,1644 5,1623 5,16 5,1567 5,1529 0,016
3
HCL 1%
1 6,5396 6,5384 6,5334 6,534 6,5311 6,5296 0,010
2 5,9851 5,9757 5,9787 5,977 5,9749 5,9692 0,016
3 5,2071 5,2053 5,2011 5,199 5,1963 5,1942 0,013
HCL 3%
4 5,7330 5,7287 5,7234 5,716 5,7139 5,7115 0,021
5 6,4526 6,4476 6,4405 6,44 6,4364 6,4341 0,019
6 6,7048 6,7005 6,6939 6,693 6,6901 6,6874 0,017
4
HCL 1%
1 5,9857 5,9829 5,9836 5,978 5,9746 5,9704 0,015
2 6,0288 6,0291 6,0296 6,031 6,0279 6,0268 0,002
3 5,4123 5,4102 5,4087 5,405 5,4027 5,3989 0,013
HCL 3%
4 6,0573 6,0497 6,0435 6,037 6,0311 6,0237 0,034
5 6,1443 6,1422 6,1473 6,12 6,1151 6,1128 0,032
6 6,1671 6,1648 6,1604 6,153 6,1459 6,1426 0,024
5
HCL 1%
1 6,5182 6,5148 6,5134 6,513 6,5091 6,5066 0,012
2 5,7958 5,7919 5,7955 5,793 5,7897 5,7863 0,010
3 5,6280 5,6249 5,6221 5,62 5,6174 5,6191 0,009
HCL 3%
4 6,7574 6,7581 6,7609 6,7550 6,7454 6,7288 0,029
5 6,8021 6,7998 6,7856 6,782 6,7746 6,7665 0,036
6 6,2345 6,2287 6,2253 6,221 6,2155 6,2138 0,021
6 HCL 1% 1 5,3559 5,3534 5,3596 5,356 5,3475 5,3423 0,014
2 6,9943 6,9906 6,9823 6,984 6,9794 6,9778 0,016
92
3 6,9011 6,8975 6,8912 6,887 6,8883 6,8869 0,014
HCL 3%
4 5,4473 5,4426 5,4382 5,431 5,4299 5,4282 0,019
5 6,3984 6,3923 6,3898 6,385 6,3779 6,3780 0,020
6 6,2160 6,2107 6,2065 6,201 6,1992 6,1965 0,019
7
HCL 1%
1 6,1381 6,1378 6,1394 6,136 6,1341 6,1282 0,010
2 6,5370 6,5353 6,5308 6,53 6,5221 6,5216 0,015
3 6,3678 6,3670 6,3647 6,3630 6,3597 6,3567 0,011
HCL 3%
4 6,5251 6,5231 6,5207 6,519 6,5078 6,5033 0,022
5 6,8683 6,8661 6,8575 6,8440 6,8415 6,8438 0,024
6 6,4001 6,3976 6,3994 6,39 6,3862 6,3780 0,022
8
HCL 1%
1 6,3871 6,3862 6,3864 6,382 6,3785 6,3771 0,010
2 5,9533 5,9520 5,9555 5,96 5,9539 5,9510 0,002
3 6,5152 6,5137 6,5106 6,509 6,5078 6,5075 0,008
HCL 3%
4 6,1231 6,1260 6,0979 6,086 6,0893 6,0957 0,027
5 5,8166 5,8109 5,8112 5,805 5,7810 5,7803 0,036
6 6,5682 6,5676 6,5581 6,552 6,5456 6,5439 0,024
9
HCL 1%
1 6,3376 6,3368 6,3350 6,332 6,3319 6,3306 0,007
2 6,0595 6,0589 6,0553 6,0530 6,0518 6,0509 0,009
3 7,3328 7,3320 7,3287 7,327 7,3269 7,3258 0,007
HCL 3%
4 6,0133 6,0115 5,9996 5,994 5,9914 5,9887 0,025
5 6,0428 6,0506 6,0323 6,014 6,0044 6,0073 0,035
6 6,3687 6,3657 6,3514 6,35 6,3442 6,3415 0,027